Според нова статия, публикувана в списание Angewandte Chemie International Edition, гама лъчението може да преобразува метана в голямо разнообразие от продукти при стайна температура, включително въглеводороди, кислородсъдържащи молекули и аминокиселини.
Този тип реакции вероятно играят важна роля при образуването на сложни органични молекули във Вселената (както и при възникването на живота). Те също така открива нови стратегии за промишлено преобразуване на метана в продукти с висока добавена стойност при леки условия.
Благодарение на своите резултати екипът, ръководен от Вейсин Хуанг от Китайския университет за наука и технологии (Хефей), допринася за фундаменталното ни разбиране на ранното развитие на молекулите във Вселената.
„Гама лъчите - високоенергийни фотони, които обикновено съществуват в космическите лъчи и при разпадането на нестабилни изотопи - осигуряват външна енергия за задвижване на химичните реакции на простите молекули в ледените обвивки на междузвездния прах и ледените зърна“, заявява Хуанг. „Това може да доведе до появата на по-сложни органични молекули, начело с метана (CH4), който е широко разпространен в междузвездната среда.“
Въпреки че на Земята и на планетите в т.нар. обитаема зона царят по-високи налягания и температури, повечето изследвания на космическите процеси се симулират само във вакуум и при изключително ниски температури. За разлика от тях китайският екип изследва реакциите на метана при стайна температура в газовата и водната фаза при облъчване с кобалтов излъчвател 60.
Съставът на продуктите варира в зависимост от изходните материали. Чистият метан реагира - с много нисък краен резултат - с етан, пропан и водород. Добавянето на кислород повишава преобразуването, като се получава основно CO2, както и CO, етилен и вода.
В присъствието на вода водният метан реагира с ацетон и третичен бутилов алкохол; в газовата фаза той дава етан и пропан. Когато се добавят вода и кислород, реакциите се ускоряват силно. Във водната фаза се образуват формалдехид, оцетна киселина и ацетон. Ако се добави и амоняк, оцетната киселина образува глицин - аминокиселина, която се среща и в космоса.
„Под въздействието на гама-лъчение глицинът може да се получи от метан, кислород, вода и амоняк - молекули, които се срещат в големи количества в космоса“, казва Хуанг. Екипът разработва схема на реакцията, която обяснява пътищата, по които се образуват отделните продукти. Кислородът (∙O2−) и радикалите ∙OH играят важна роля при това. Скоростите на тези механизми на радикални реакции не зависят от температурата и по този начин биха могли да протичат и в космоса.
Освен това екипът успява да докаже, че различни твърди частици, които са компоненти на междузвездния прах – силициев диоксид, железен оксид, магнезиев силикат и графенов оксид - променят селективността на продуктите по различни начини. По този начин разнообразният състав на междузвездния прах може да е допринесъл за наблюдаваното неравномерно разпределение на молекулите в пространството.
Силициевият диоксид води до по-селективно превръщане на метана в оцетна киселина. Хуанг казва: „Тъй като гама-лъчението е лесно достъпен, безопасен и устойчив източник на енергия, това може да бъде нов подход за използване на метана като въглероден източник, който може да бъде ефективно преобразуван в продукти с добавена стойност при леки условия - дългогодишно предизвикателство за промишлената синтетична химия.“
Източник: Phys.org
