Cientistas descobrem catalisador primitivo de fotooxidação

A grafite saturada de nitrogênio catalisa reações para produzir biomoléculas precoces.

O Sol, que desempenhou um papel fundamental no fornecimento de energia às primeiras moléculas bioquímicas da Terra, facilitou reações cruciais juntamente com catalisadores que aceleraram os processos químicos. Um grupo de pesquisadores comprovou recentemente que a substância é derivada da reação de amônia e metano plasma Tem a capacidade de aproveitar a energia luminosa para facilitar as transformações de amina em imina.

Este mecanismo poderia ter sido um dos principais contribuintes para a formação das primeiras biomoléculas. Os resultados foram publicados recentemente na revista Angioandte química.

Entre três e quatro mil milhões de anos atrás, na Terra primitiva, as primeiras biomoléculas estavam a formar-se antes da explosão da vida. No entanto, essas primeiras reações químicas necessitavam de catalisadores. Shenzhen Wang e uma equipe de pesquisadores da Universidade de Fuzhou, na China, descobriram que a própria atmosfera primordial poderia ter servido como fonte desses estímulos.

Usando metano e amônia, que provavelmente estavam presentes na mistura de gases quentes que cobria o mundo na era arqueana, a equipe usou a deposição química de vapor para produzir compostos de carbono-nitrogênio como potenciais catalisadores. Eles descobriram que na câmara de reação, moléculas do plasma de amônia e metano se condensam na superfície, crescendo rapidamente para formar um polímero sólido de carbono-nitrogênio semelhante ao grafite dopado com nitrogênio.

Como a equipa observou, os átomos de azoto irregularmente incorporados deram a este polímero locais cataliticamente activos e uma estrutura electrónica que lhe permitiu ser excitado pela luz. Em seguida, os pesquisadores passaram a comprovar até que ponto a substância é capaz de reduzir ou oxidar outras substâncias sob a influência da luz.

Talvez uma das reações mais importantes que ocorreram na Terra primitiva tenha sido a formação de iminas. As iminas, também conhecidas como bases de Schiff, são uma forma de aminas desidrogenadas, que são compostos compostos de carbono, nitrogênio e hidrogênio. Muitos químicos levantam a hipótese de que na Terra primitiva, as iminas podem ter ajudado a formar as primeiras moléculas genéticas a partir de células ribonucléicas. azedo (ARN). Wang e sua equipe podem mostrar que um catalisador gerado por plasma pode converter aminas em iminas usando apenas a luz solar.

A equipe afirma que os fotocatalisadores à base de nitreto de carbono, como o material gerado por plasma, podem durar milhões de anos e produzir importantes intermediários químicos. Além disso, eles podem servir como fonte de compostos contendo carbono e nitrogênio. Ao demonstrar que é possível produzir tal catalisador usando apenas os gases e as condições encontradas na atmosfera primitiva da Terra, o estudo lança uma nova luz sobre o potencial caminho evolutivo percorrido pelas biomoléculas.

Referência: “Síntese de deposição química de vapor aprimorada por plasma de carbono ativado por redox contendo nitrogênio a partir de gases NH3 e CH4” por Yan Wang, Yuanxingfang, Yankun Wang, Haisu Wu, Masakazu Anbu e Jimmy C. Yu, Shenzhen Wang, 22 de junho de 2023, Angewandte Chemie Edição Internacional.
doi: 10.1002/anie.202307236

O estudo foi financiado pelo Programa Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento de Tecnologia Chave da China, pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China e pelo Projeto 111.