Реакция Бутлерова в космосе

А.И. Курамшин

Исследователи из Гисенского университета имени Юстуса Либиха (Германия) считают, что нашли объяснение того, как происходит образование молекул углеводов в космическом пространстве и как оно могло происходить в условиях пребиотической Земли (то есть до того, как появилась жизнь). Они обнаружили, что в условиях, имитирующих космос, — в отсутствие воды и при сверхнизких температурах образование углеводов происходит за счет карбенов — нестабильных и быстро вступающих в реакции соединений двухвалентного углерода («Nat. Chem.», 2018, 10, 1141—1147; doi: 10.1038/s41557-018-0128-2).

Александра Михайловича Бутлерова, 190-летие которого мы отметили в сентябре этого года, мы чаще вспоминаем в связи с его теорией строения, ставшей основой органической химии. Между тем его можно также считать пионером абиогенеза. В 1861 году Бутлеров обнаружил, что формальдегид в водном растворе с основной средой может превращаться в смесь углеводов. Сейчас этот процесс называют формозной реакцией, или реакцией Бутлерова, и он до настоящего времени остается краеугольным камнем пребиотической химии, объясняющим появление углеводов в первичном бульоне, где, по гипотезе, сформировалась жизнь.

Однако в лабораторных условиях продукты формозной реакции уже через два часа превращаются в черную смолу — смесь моно-, олиго- и полисахаридов. В классической, «бутлеровской», формозной реакции углевод рибоза неустойчив и быстро превращается в другие продукты; впрочем, это всегда было в присутствии воды и основного катализатора. Очевидно, что бутлеровский вариант не может быть источником углеводов для развития жизни — возраст межзвездных облаков, содержащих молекулы рибозы, исчисляется отнюдь не часами, да и водных растворов оснований в них не заметили. Поэтому оставалось загадкой, как могли образоваться пребиотические углеводы, равно как и причины существования углеводов в межзвездных облаках.

В новой работе Петер Шрайнер и его коллеги уверяют, что разгадали тайну космической рибозы. Она образуется из гидроксиметилена — карбена, отличающегося высокой реакционной способностью, существование которого было доказано около десятилетия назад. В отсутствие воды и других растворителей при температурах около абсолютного нуля гидроксиметилен реагирует с формальдегидом с образованием гликолевого альдегида и глицеринового альдегида. Эти прекурсоры углеводов могут реагировать далее с образованием рибозы и других, более сложных сахаров.

Для получения гидроксиметилена исследователи пропускали пары глиоксалевой кислоты через раскаленную докрасна трубку из кварца. Карбен улавливали с помощью твердой аргоновой матрицы при 3K (-270°C), где и протекала реакция с формальдегидом, приводящая к гликолевому и глицериновому альдегидам. Как поясняет Шрайнер, в космосе гидроксиметилен может образоваться в результате реакции углекислого газа и воды под воздействием излучения звезд. Однако даже эти результаты не могут полностью объяснить происхождение рибозы в межзвездных облаках. Самым тяжелым органическим соединением, образующимся из формальдегида и карбена в аргоновой матрице, все же был прекурсор сахаров — глицериновый альдегид, превращение которого в углеводы вне раствора пока еще не наблюдали (хотя, возможно, если проводить эксперимент несколько месяцев или несколько тысяч лет, то и в аргоновой матрице можно будет обнаружить молекулы рибозы).

pic_2018_11_17.jpg

Предполагаемые механизмы образования сахаров из формальдегидов



Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 11/2018) на с. 17.

Разные разности
Бактериофаги против дезодорантов
Метагеномный анализ кожной флоры позволил найти главного злоумышленника, виновного в резком запахе пота — это бактерии Staphylococcus hominis. Но можно ли от них избавиться, не убивая другие кожные бактерии? Исследователи предложили логичное реш...
Липучка против трипсов
Химики ищут замену инсектицидам, подсматривая за тем, как разные растения сами защищаются от вредных насекомых. Некоторые растения выделяют липкие вещества из так называемых железистых волосков. К ним прилипают насекомые-вредители и погибают. Эта стр...
Этанол против гриппа
Во время пандемии ковида в соцсетях распространилось видео, на котором наш соотечественник демонстрировал свой метод лечения ковида — ингаляцию парами этанола. Но тогда над ним посмеялись и отмахнулись. Похоже — зря. Японские исследователи ...
Пишут, что...
…за последнее десятилетие плотность тихоокеанских устриц Magallana gigas в двух заливах Южной Калифорнии увеличилась в 32 раза, что совпадает с летним повышением температуры морской воды на 2–4°C… …пластырь с микроиглами против ...