Cientistas descobrem catalisador primitivo de fotooxidação

A grafite dopada com 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 transições de uma amina para uma imina.

É possível que este mecanismo tenha sido um dos principais contribuintes para a formação das primeiras biomoléculas. Os resultados foram publicados recentemente na revista Angewandte Kimi.

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

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

Como observou a equipe, os átomos de nitrogênio fundidos irregularmente deram a este polímero locais cataliticamente ativos e uma estrutura eletrônica que permitiu que ele fosse excitado pela luz. Em seguida, os pesquisadores passaram a comprovar a capacidade da substância 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, numa Terra primordial, as iminas podem ter ajudado a formar as primeiras moléculas genéticas a partir de células ribonucleares. azedo (ARN). Wang e sua equipe conseguem mostrar que o 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 gerado no plasma, podem durar milhões de anos e produzir importantes intermediários químicos. Além disso, pode servir como fonte de compostos contendo carbono e nitrogênio. Ao demonstrar que é possível produzir tal catalisador usando apenas os gases e as condições presentes na atmosfera primitiva da Terra, o estudo lança uma nova luz sobre o caminho evolutivo potencial que as biomoléculas seguiram.

Referência: “Síntese de deposição de vapor químico (PVD) aprimorada por plasma de NOC ativado por Redox a partir de gases NH3 e CH4” por Yan Wang, Yuan Xingfang, Yankun Wang, Haisoo Wu, Masakazu Anbu e Jamie C. Yu e 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 Tecnologias Chave da China, pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China e pelo Projeto 111.