Azot katkılı grafit, erken biyomolekülleri verecek reaksiyonları katalize eder.
Dünyadaki ilk biyokimyasal moleküllere güç vermede merkezi rol oynayan güneş, kimyasal süreçleri hızlandıran katalizörlerin yanı sıra çok önemli reaksiyonları da kolaylaştırdı. Yakın zamanda bir grup araştırmacı, amonyak ve metan plazmasının etkileşiminden türetilen bir maddenin, amin-imin dönüşümlerini kolaylaştırmak için ışık enerjisinden yararlanma potansiyeline sahip olduğunu gösterdi.
Bu mekanizma, İlk biyomoleküllerin oluşumu. Bulgular kısa süre önce Angewandte Chemie dergisinde yayınlandı.
Üç ila dört milyar yıl önce, ilkel Dünya’da, ilk biyomoleküller yaşam patlamasından önce oluşmaktaydı. Ancak bu erken kimyasal reaksiyonlar katalizörlere ihtiyaç duyuyordu. Xinchen Wang ve Çin’deki Fuzhou Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi, ilkel atmosferin kendisinin bu katalizörler için bir kaynak olabileceğini keşfetti.
Sıcak gazda büyük olasılıkla mevcut olan metan ve amonyak gazlarını kullanmak Ekip, dünyayı Archean çağında kaplayan karışımla, olası katalizörler olarak nitrojenli karbon bileşikleri üretmek için kimyasal buhar biriktirmeyi kullandı. Bir reaksiyon odasında, moleküllerin amonyak ve metan plazmasından bir yüzey üzerinde yoğunlaşarak nitrojen katkılı grafite benzer katı nitrojenli karbon polimeri oluşturmak üzere hızla büyüdüğünü buldular.
Ekibin gözlemlediği gibi, düzensiz bir şekilde birleşmiş nitrojen atomları bu polimere katalitik olarak aktif bölgeler ve onun ışıkla uyarılmasını sağlayan bir elektron yapısı kazandırdı. Araştırmacılar daha sonra maddenin ışığın etkisi altında diğer maddeleri ne ölçüde azaltabildiğini veya oksitleyebildiğini kanıtlamaya yöneldi.
Dünya’nın erken dönemlerindeki en önemli reaksiyonlardan biri imin oluşumu olabilir. Schiff bazları olarak da adlandırılan iminler, aminlerin, karbon, nitrojen ve hidrojenden oluşan bileşiklerin hidrojeni giderilmiş bir formudur. Pek çok kimyacı, ilkel Dünya’da iminlerin, ilk kalıtsal ribonükleik asit (RNA) moleküllerinin oluşumunda görev yapmış olabileceğini varsaymaktadır. Wang ve ekibi, plazmayla üretilen katalizörlerin, güneş ışığı dışında hiçbir şey kullanmadan aminleri iminlere dönüştürebildiğini gösterebildi.
Ekip, plazmayla üretilen madde gibi karbon nitrür bazlı fotokatalizörlerin uzun süre dayanabileceğini söylüyor milyonlarca yıldır önemli kimyasal ara ürünler üretti. Ayrıca karbon ve nitrojen içeren bileşiklerin kaynağı olarak da hizmet etmiş olabilirler. Yalnızca ilk Dünya atmosferinde mevcut olan gazları ve koşulları kullanarak böyle bir katalizör üretmenin mümkün olduğunu gösteren çalışma, biyomoleküllerin izlediği olası evrimsel yola yeni bir ışık tutuyor.
Referans: “Plazma- NH3 ve CH4 Gazlarından Fotoredoks-Aktif Azot Katkılı Karbonun Geliştirilmiş Kimyasal-Buhar-Biriktirme Sentezi”, Yan Wang, Yuanxing Fang, Yankun Wang, Haisu Wu, Masakazu Anpo, Jimmy C. Yu ve Xinchen Wang, 22 Haziran 2023, Angewandte Chemie Uluslararası Sürümü.
DOI: 10.1002/anie.202307236
Çalışma, Çin Ulusal Anahtar Teknolojiler Ar-Ge Programı, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı ve Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı tarafından finanse edildi. 111 Projesi.