Gli scienziati scoprono un catalizzatore di fotoossidazione primitivo

La grafite satura di azoto catalizza le reazioni per produrre le prime biomolecole.

Il Sole, che ha svolto un ruolo fondamentale nel dare energia alle prime molecole biochimiche sulla Terra, ha facilitato reazioni cruciali insieme a catalizzatori che hanno accelerato i processi chimici. Un gruppo di ricercatori ha recentemente dimostrato che la sostanza deriva dalla reazione di ammoniaca e metano plasma Ha la capacità di sfruttare l’energia luminosa per facilitare le trasformazioni da ammina a immina.

Questo meccanismo potrebbe aver contribuito in modo determinante alla formazione delle prime biomolecole. I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Angioandte chemi.

Tra tre e quattro miliardi di anni fa, sulla Terra primitiva, si formarono le prime biomolecole prima che la vita esplodesse. Tuttavia, queste prime reazioni chimiche richiedevano catalizzatori. Shenzhen Wang e un team di ricercatori dell’Università di Fuzhou in Cina hanno scoperto che la stessa atmosfera primordiale avrebbe potuto servire come fonte di questi stimoli.

Utilizzando metano e ammoniaca, probabilmente presenti nella miscela di gas caldo che ricopriva il mondo nell’era Archeana, il team ha utilizzato la deposizione chimica di vapori per produrre composti di carbonio-azoto come potenziali catalizzatori. Hanno scoperto che nella camera di reazione, le molecole del plasma di ammoniaca e metano si condensano sulla superficie, crescendo rapidamente fino a formare un polimero solido di carbonio-azoto simile alla grafite drogata con azoto.

Come ha osservato il team, gli atomi di azoto incorporati in modo irregolare hanno conferito a questo polimero siti cataliticamente attivi e una struttura elettronica che gli ha permesso di essere eccitato dalla luce. Successivamente i ricercatori hanno cercato di dimostrare in che misura la sostanza è in grado di ridurre o ossidare altre sostanze sotto l’influenza della luce.

Forse una delle reazioni più importanti avvenute sulla Terra primordiale è stata la formazione di immine. Le immine, chiamate anche basi di Schiff, sono una forma di ammine deidrogenate, che sono composti composti da carbonio, azoto e idrogeno. Molti chimici ipotizzano che sulla Terra primitiva le immine potrebbero aver contribuito a formare le prime molecole genetiche da cellule ribonucleiche. acido (RNA). Wang e il suo team possono dimostrare che un catalizzatore generato dal plasma può convertire le ammine in immine utilizzando solo la luce solare.

Il team afferma che i fotocatalizzatori a base di nitruro di carbonio, come il materiale generato dal plasma, possono durare milioni di anni e produrre importanti intermedi chimici. Inoltre, possono fungere da fonte di composti contenenti carbonio e azoto. Dimostrando che è possibile produrre un tale catalizzatore utilizzando solo i gas e le condizioni presenti nell’atmosfera terrestre primordiale, lo studio getta nuova luce sul potenziale percorso evolutivo intrapreso dalle biomolecole.

Riferimento: “Sintesi della deposizione chimica in fase vapore potenziata dal plasma di carbonio attivato redox contenente azoto da gas NH3 e CH4” di Yan Wang, Yuanxingfang, Yankun Wang, Haisu Wu, Masakazu Anbu e Jimmy C. Yu, Shenzhen Wang, 22 giugno 2023, Angewandte Chemie Edizione Internazionale.
doi: 10.1002/anie.202307236

Lo studio è stato finanziato dal Programma nazionale di ricerca e sviluppo tecnologico chiave della Cina, dalla Fondazione nazionale cinese per le scienze naturali e dal Progetto 111.