¿Metano interestelar como progenitor de aminoácidos?
La radiación gamma convierte el metano en glicina y otras moléculas complejas
La radiación gamma puede convertir el metano en una amplia variedad de productos a temperatura ambiente, incluidos hidrocarburos, moléculas que contienen oxígeno y aminoácidos, según informa un equipo de investigación en la revista Angewandte Chemie. Este tipo de reacción desempeña probablemente un papel importante en la formación de moléculas orgánicas complejas en el universo, y posiblemente en el origen de la vida. También abren nuevas estrategias para la conversión industrial del metano en productos de alto valor añadido en condiciones suaves.
© Wiley-VCH
Con estos resultados de investigación, el equipo dirigido por Weixin Huang, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (Hefei), ha contribuido a nuestra comprensión fundamental del desarrollo temprano de las moléculas en el universo. "Los rayos gamma, fotones de alta energía que existen habitualmente en los rayos cósmicos y en la desintegración de isótopos inestables, proporcionan energía externa para impulsar las reacciones químicas de moléculas simples en los mantos helados del polvo interestelar y los granos de hielo", afirma Huang. "Esto puede dar lugar a moléculas orgánicas más complejas, presumiblemente a partir de metano (CH4), ampliamente presente en todo el medio interestelar".
Aunque en la Tierra y en los planetas de la llamada zona habitable reinan presiones y temperaturas más elevadas, la mayoría de los estudios sobre procesos cósmicos sólo se simulan en el vacío y a temperaturas extremadamente bajas. En cambio, el equipo chino estudió las reacciones del metano a temperatura ambiente en las fases gaseosa y acuosa bajo irradiación con un emisor de cobalto-60.
La composición de los productos varía en función de los materiales de partida. El metano puro reacciona -con muy bajo rendimiento- para dar etano, propano e hidrógeno. La adición de oxígeno aumenta la conversión, dando lugar principalmente aCO2, así como a CO, etileno y agua. En presencia de agua, el metano acuoso reacciona para dar acetona y alcohol butílico terciario; en fase gaseosa, da etano y propano. Cuando se añade agua y oxígeno, las reacciones se aceleran considerablemente. En la fase acuosa se forman formaldehído, ácido acético y acetona. Si además se añade amoníaco, el ácido acético forma glicina, un aminoácido que también se encuentra en el espacio. "Bajo radiación gamma, la glicina puede fabricarse a partir de metano, oxígeno, agua y amoníaco, moléculas que se encuentran en grandes cantidades en el espacio", explica Huang. El equipo desarrolló un esquema de reacción que explica las rutas por las que se forman los distintos productos. Los radicales de oxígeno (∙O2-) y ∙OH desempeñan un papel importante. Las velocidades de estos mecanismos de reacción radical no dependen de la temperatura, por lo que también podrían tener lugar en el espacio.
Además, el equipo pudo demostrar que varias partículas sólidas que son componentes del polvo interestelar -dióxido de silicio, óxido de hierro, silicato de magnesio y óxido de grafeno- modifican la selectividad del producto de diferentes maneras. Así pues, la composición variada del polvo interestelar puede haber contribuido a la distribución desigual de moléculas observada en el espacio.
El dióxido de silicio provoca una conversión más selectiva del metano en ácido acético. Según Huang, "dado que la radiación gamma es una fuente de energía fácilmente disponible, segura y sostenible, éste podría ser un nuevo enfoque para utilizar el metano como fuente de carbono que puede convertirse eficientemente en productos de valor añadido en condiciones suaves, un viejo reto para la química sintética industrial."
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