Uma equipe liderada por químicos da Universidade de Maryland descobriu uma nova maneira de criar carbenos, uma classe de moléculas altamente reativas, mas notoriamente instáveis ​​e de vida curta. Envolvidos em muitas reações químicas de alta energia, como a criação de carboidratos, os carbenos são precursores cruciais dos blocos de construção da vida na Terra – e possivelmente no espaço.



Os cientistas formaram com sucesso um carbeno chamado hidroximetileno (HCOH) ao quebrar o metanol (um álcool comum encontrado em muitos produtos químicos industriais como o formaldeído) com pulsos de radiação ultravioleta. Os resultados foram publicados em artigo publicado em 14 de maio de 2024, no Journal of the American Chemical Society .

"É surpreendente ver este carbeno vir de uma molécula tão comum como o metanol - temos frascos dele em laboratórios em todos os lugares", disse Leah Dodson, professora assistente de Química e Bioquímica na UMD e autora sênior do artigo.

"Os lasers UV de comprimento de onda de 193 nanômetros também são bastante padronizados. Isso significa que os carbenos podem estar se formando naturalmente em lugares como o espaço, onde há muito metanol e radiação ultravioleta. E outras reações de carbenos formados no espaço através deste processo podem levar a biomoléculas que constituem a vida."

As descobertas do artigo revelam pistas sobre os mecanismos por trás da formação e reação do carbeno na Terra, levando a uma melhor compreensão do potencial da molécula para criar açúcares necessários à vida.

“Existem pesquisas estabelecidas que sugerem que o HCOH pode reagir para formar açúcares simples, incluindo alguns que foram previamente detectados no espaço”, disse a principal autora do estudo, Emily Hockey. “Achamos que é possível que este carbeno, uma vez que vem de uma molécula tão onipresente no espaço e pode ser detectada em qualquer lugar, seja a peça que falta para preencher lacunas em nosso conhecimento de como o metanol e os açúcares simples podem levar a biomoléculas maiores e mais avançadas. "

Devido à sua super-reatividade, as moléculas de carbeno geralmente têm tempos de vida muito curtos. Essas características tornam os carbenos geralmente difíceis de serem gerados e observados pelos cientistas, o que limitou a compreensão profunda da molécula. Mas o novo método de produção de carbenos da equipe UMD permitiu-lhes estudar as moléculas de perto o suficiente para ver sua formação e decadência em escalas de tempo de milissegundos. Os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que o HCOH reagia de forma relativamente lenta com o oxigênio à temperatura ambiente.

“Quando analisamos a reatividade do HCOH em nosso sistema de temperatura ambiente, vimos que ela decaiu em 15 milissegundos”, explicou Hockey. "O que é interessante é que, como os carbenos são considerados uma espécie super reativa, é razoável supor que esse carbeno reagiria tão rapidamente a algo como o oxigênio que seria impossível capturá-lo. Mas não foi isso que aconteceu. Embora o carbeno estivesse se decompondo mais rápido e mais rápido quando exposto ao oxigênio, foi lento o suficiente para que ainda pudéssemos observar essa decadência."

Os investigadores acreditam que o seu método de produção e estudo de carbenos ajudará os astrónomos e astroquímicos a obter novos conhecimentos sobre as origens da vida e como a vida no espaço pode ter evoluído de forma diferente da vida na Terra. Eles esperam desenvolver suas descobertas examinando mais de perto o que acontece durante a decomposição do metanol e quantificando os diferentes produtos produzidos pela reação do metanol à luz UV.

“Sabemos que carbenos como o HCOH são formados durante o nosso processo, mas gostaríamos de nos aprofundar na porcentagem deles que termina como formaldeído, metileno ou outros radicais de hidrocarbonetos, por exemplo”, explicou Hockey. "Originalmente pensávamos que todos os produtos seriam radicais metoxi, mas as nossas experiências mostram que o processo e os produtos resultantes são mais complicados do que as nossas suposições originais."

Conhecer os tipos e a quantidade de produtos criados pela decomposição do metanol com radiação UV forneceria aos astrônomos e astroquímicos uma visão mais precisa dos objetos astrofísicos e de como eles evoluíram ao longo de bilhões de anos.

"Se os dados existentes sobre o que é produzido a partir da fotodissociação do metanol estiverem errados, então os modelos propagados também estarão incorretos - e a nossa compreensão de como a vida evoluiu a partir destas moléculas também poderá ser comprometida", disse Dodson. "Esperamos que nosso trabalho de acompanhamento estabeleça as bases para esses tipos de simulações."

Mais informações: Emily K. Hockey et al, Observação direta de hidroximetileno em fase gasosa:fotoionização e cinética resultante da fotodissociação de metanol, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.4c03090
Informações do diário: Jornal da Sociedade Americana de Química

Fornecido pela Universidade de Maryland