El grafito dopado con nitrógeno cataliza reacciones para producir biomoléculas tempranas.

El sol, que desempeñó un papel fundamental a la hora de impulsar las primeras moléculas bioquímicas de la Tierra, facilitó reacciones cruciales junto con catalizadores que aceleraron los procesos químicos. Un grupo de investigadores demostró recientemente que la sustancia se deriva de la reacción del amoníaco y el metano. plasma Tiene la capacidad de aprovechar la energía luminosa para facilitar las transiciones de una amina a una imina.

Es posible que este mecanismo haya contribuido de manera importante a la formación de las primeras biomoléculas. Los resultados fueron publicados recientemente en la revista Angewandte Kimi.

Hace entre tres y cuatro mil millones de años, en la Tierra primordial, se estaban formando las primeras biomoléculas antes de que explotara la vida. Sin embargo, estas primeras reacciones químicas requerían catalizadores. Shenchen Wang y un equipo de investigadores de la Universidad de Fuzhou en China descubrieron que la propia atmósfera primordial podría haber actuado como fuente de estos estímulos.

Utilizando metano y amoníaco, que probablemente estaban presentes en la mezcla de gases calientes que cubría el mundo Arcaico, el equipo utilizó la deposición química de vapor para producir compuestos de carbono nitrogenados como catalizadores potenciales. Descubrieron que en la cámara de reacción, las partículas del plasma de amoníaco y metano se condensan en la superficie y crecen rápidamente para formar un polímero sólido de nitrógeno y carbono que parece grafito dopado con nitrógeno.

Como observó el equipo, los átomos de nitrógeno fusionados irregularmente le dieron a este polímero sitios catalíticamente activos y una estructura electrónica que le permitía ser excitado por la luz. Luego, los investigadores se dedicaron a demostrar la capacidad de la sustancia para reducir u oxidar otras sustancias bajo la influencia de la luz.

Quizás una de las reacciones más importantes que tuvo lugar en la Tierra primitiva fue la formación de iminas. Las iminas, también conocidas como bases de Schiff, son una forma de aminas deshidrogenadas, que son compuestos compuestos de carbono, nitrógeno e hidrógeno. Muchos químicos plantean la hipótesis de que en una Tierra primordial, las iminas pueden haber ayudado a formar las primeras moléculas genéticas a partir de células ribonucleares. agrio (ARN). Wang y su equipo pueden demostrar que el catalizador generado por plasma puede convertir aminas en iminas utilizando únicamente la luz solar.

El equipo dice que los fotocatalizadores basados ​​en nitruro de carbono, como el generado en el plasma, pueden durar millones de años y producir importantes intermediarios químicos. Además, puede servir como fuente de compuestos que contienen carbono y nitrógeno. Al demostrar que es posible producir un catalizador de este tipo utilizando únicamente los gases y las condiciones presentes en la atmósfera primitiva de la Tierra, el estudio arroja nueva luz sobre el posible camino evolutivo seguido por las biomoléculas.

Referencia: “Deposición química de vapor mejorada con plasma de carbono que contiene nitrógeno activo redox a partir de gases NH3 y CH4” por Yan Wang, Yuan Xingfang, Yankun Wang, Haisoo Wu, Masakazu Anbu y Jamie C. Yu y Shenzhen Wang, 22 de junio de 2023, Angewandte Chemie Edición Internacional.
doi: 10.1002/anie.202307236

El estudio fue financiado por el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo de Tecnologías Clave de China, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y el Proyecto 111.