Un equipo dirigido por químicos de la Universidad de Maryland descubrió una nueva forma de crear carbenos, una clase de moléculas altamente reactivas pero notablemente inestables y de vida corta. Los carbenos, que participan en muchas reacciones químicas de alta energía, como la creación de carbohidratos, son precursores cruciales de los componentes básicos de la vida en la Tierra y posiblemente en el espacio.
Los científicos formaron con éxito un carbeno llamado hidroximetileno (HCOH) al descomponer el metanol (un alcohol común que se encuentra en muchos productos químicos industriales como el formaldehído) con pulsos de radiación ultravioleta. Los resultados se publicaron en un artículo el 14 de mayo de 2024 en el Journal of the American Chemical Society. .
"Es sorprendente ver que este carbeno proviene de una molécula tan común como el metanol; tenemos botellas con atomizador en laboratorios de todas partes", dijo Leah Dodson, profesora asistente de Química y Bioquímica en la UMD y autora principal del artículo.
"Los láseres UV de longitud de onda de 193 nanómetros también son bastante estándar. Esto significa que los carbenos podrían formarse naturalmente en lugares como el espacio, donde hay mucho metanol y radiación ultravioleta. Y otras reacciones de los carbenos formados en el espacio a través de este proceso podrían llevar a biomoléculas que componen la vida."
Los hallazgos del artículo revelan pistas sobre los mecanismos detrás de la formación y reacción del carbeno en la Tierra, lo que lleva a una mejor comprensión del potencial de la molécula para crear azúcares necesarios para la vida.
"Existen investigaciones establecidas que sugieren que el HCOH puede reaccionar para formar azúcares simples, incluidos algunos que se han detectado previamente en el espacio", dijo la autora principal del estudio, Emily Hockey. "Creemos que es posible que este carbeno, dado que proviene de una molécula que es tan ubicua en el espacio y puede detectarse en cualquier lugar, sea la pieza que falta para cerrar las brechas en nuestro conocimiento sobre cómo el metanol y los azúcares simples pueden conducir a biomoléculas más grandes y avanzadas. "
Debido a su superreactividad, las moléculas de carbeno suelen tener una vida útil muy corta. Estas características hacen que los carbenos sean generalmente difíciles de generar y observar para los científicos, lo que ha limitado una comprensión profunda de la molécula. Pero el novedoso método del equipo de la UMD para producir carbenos les permitió estudiar las moléculas lo suficientemente de cerca como para ver su formación y desintegración en escalas de tiempo de milisegundos. Los investigadores se sorprendieron al descubrir que el HCOH reaccionaba relativamente lentamente con el oxígeno a temperatura ambiente.
"Cuando observamos la reactividad del HCOH en nuestro sistema a temperatura ambiente, vimos que decayó en 15 milisegundos", explicó Hockey. "Lo interesante es que debido a que se cree que los carbenos son especies súper reactivas, es razonable suponer que este carbeno reaccionaría tan rápidamente a algo como el oxígeno que sería imposible capturarlo. Pero eso no es lo que sucedió. Aunque el carbeno se estaba descomponiendo más rápido y más rápido cuando se exponía al oxígeno, era lo suficientemente lento como para que aún pudiéramos observar esa descomposición".
Los investigadores creen que su método de producir y estudiar carbenos ayudará a los astrónomos y astroquímicos a obtener nuevos conocimientos sobre los orígenes de la vida y cómo la vida en el espacio puede haber evolucionado de manera diferente a la vida en la Tierra. Esperan aprovechar sus hallazgos observando más de cerca lo que sucede durante la descomposición del metanol y cuantificando los diferentes productos producidos por la reacción del metanol a la luz ultravioleta.
"Sabemos que los carbenos como el HCOH se forman durante nuestro proceso, pero nos gustaría profundizar en qué porcentaje termina como formaldehído, metileno u otros radicales hidrocarbonados, por ejemplo", explicó Hockey. "Originalmente pensamos que todos los productos serían radicales metoxi, pero nuestros experimentos muestran que el proceso y los productos resultantes son más complicados que nuestras suposiciones originales."
Conocer los tipos y la cantidad de productos creados al descomponer el metanol con radiación ultravioleta proporcionaría a los astrónomos y astroquímicos una visión más precisa de los objetos astrofísicos y de cómo evolucionaron a lo largo de miles de millones de años.
"Si los datos existentes sobre lo que se produce a partir de la fotodisociación del metanol son incorrectos, entonces los modelos que se propagan también serán incorrectos y nuestra comprensión de cómo evolucionó la vida a partir de estas moléculas también podría verse comprometida", dijo Dodson. "Esperamos que nuestro trabajo de seguimiento siente las bases para ese tipo de simulaciones".
Más información: Emily K. Hockey et al, Observación directa del hidroximetileno en fase gaseosa:fotoionización y cinética resultantes de la fotodisociación del metanol, Revista de la Sociedad Química Estadounidense (2024). DOI:10.1021/jacs.4c03090
Información de la revista: Revista de la Sociedad Química Estadounidense
Proporcionado por la Universidad de Maryland
