Microdroplets ” kjemiske trolldom kunne ha gitt livet en hjelpende hånd

0
28

Dråpe reduksjon kan kaste lys på oppgaver av prebiotika tidsalder, og tilbyr en ny måte å gjøre grønn kjemi

Kilde: © 2019 American Chemical Society

En reduksjon følsomme for farge avslører de kjemiske reaksjonene som skjer på overflaten av en mikrometer stor dråpe vann

Små vanndråper funnet i skyene, sea spray og geysirer kan spontant redusere sukker og andre viktige metabolitter på deres overflate. Disse microdroplets tilbyr en plausibel forklaring for etablering av sukker og andre enkle organiske molekyler forut for eksistensen av liv på Jorden, så ingen reduksjonsmiddel eller påføres kostnader er nødvendig.

En gruppe forskere ledet av Richard Zare av Stanford University i USA snublet over funnet ved forsøk på å lage gull filmer og nanopartikler ved hjelp av vanndråper med ekstra natriumborhydrid.

“Jeg sa til min gruppe la oss gjøre en kontroll – la oss ta reduksjonsmiddel vi var med. Vi brukte bare vann, og til min overraskelse produsert gull nanopartikler i dråper sier Zare.

Etter omfattende arbeid, team etablert disse funnene kunne ikke forklares av forurensning. Så, de prøvde det igjen – denne gangen med felles biomolecules. Ved å pumpe en sprøyte som inneholder forbindelser som pyruvate og fumarate oppløst i vann gjennom en forstøving gass, er de produsert microdroplets, som da ble kjørt gjennom en masse spektrometer. I tre av fire tilfeller, de fant at over 90% av organiske forbindelser i løsningen hadde blitt redusert.

Forskerne var også i stand til å visuelt bekrefte fenomenet ved fluorescens avbildning av microscale dråper som inneholder en reduksjon følsomme for farge.

Mens Zare og hans team ikke vet nøyaktig hva som skjer, de hypothesise at effekten kan forklares med tre fenomener: økt hydroksyl-ion-konsentrasjon, et veldig stort elektrisk felt på luft vann-grensesnitt og en mangel på 3D-hydrogenbinding. “Hvor kan du få et elektron fra vann?’ spør Zare. ‘Svaret, tror jeg, er hydroksyl-anion.’

Alle levende organismer på Jorden bruke enzymer til å catalyse deres metabolske veier, men når livet begynte, enzymer var fraværende. Dette puslespillet har ført forskere til å foreslå at det foreligger en nonenzymatic metabolismevei. “Vi har allerede gjort arbeid som viser at sukker og fosforsyre, som ikke selv reagerer, i dråper vil danne ting som ribose-fosfat. Så har vi sett at dråpene har makt til å gjøre kjemi, sier Zare.

Teamet mener også at denne effekten kan tilby en potensiell ny måte å gjøre grønn kjemi. Ved hjelp av en tåke, store reduksjonen kan være mulig å bruke noe mer enn vann.

“Hvis du tar en en-liters begerglasset og fyll den med vann, og du gjør en mikron dråper av alt vannet, vil du ha noe som 3000m2 av arealet… omtrent halvparten av en fotballbane, sier Zare.

‘[Dette arbeidet] viser at vannflater har denne spesielle kjemiske evne eller affinitet til å fremme kjemiske reaksjoner som vi ikke ser i bulk, vann,’ kommentarer Ilan Benjamin, en kjemiker ved University of California, Santa Cruz i OSS, som ikke var involvert i forskning. “Dette har mange implikasjoner for atmosfærisk kjemi og sannsynligvis enda livets opprinnelse.’

Referanser

N. Zare et al, J. Am. Kem. Soc., 2019, DOI: 10.1021/jacs.9b03227