stringtranslate.com

Гликолальдегид

Гликолальдегид — органическое соединение формулы HOCH 2 -CHO . Это наименьшая возможная молекула, которая содержит как альдегидную группу ( -CH=O ), так и гидроксильную группу ( -OH ). Это высокореактивная молекула , встречающаяся как в биосфере , так и в межзвездной среде . Обычно он поставляется в виде белого твердого вещества. Хотя он соответствует общей формуле углеводов C n (H 2 O) n , его обычно не считают сахаридом. [1]

Состав

Гликолальдегид в виде газа представляет собой простую мономерную структуру. В виде твердого тела и расплавленной жидкости он существует в виде димера . Коллинз и Джордж сообщили о равновесии гликоляльдегида в воде с помощью ЯМР. [2] [3] В водном растворе он существует в виде смеси как минимум четырех видов, которые быстро превращаются друг в друга. [4]

Строение и распределение гликолевого альдегида в виде 20%-ного раствора в воде. Обратите внимание, что свободный альдегид является второстепенным компонентом.

В кислом или основном растворе соединение подвергается обратимой таутомеризации с образованием 1,2-дигидроксиэтена. [5]

Это единственно возможная диоза , двухуглеродный моносахарид , хотя диоза не является строго сахаридом. Хотя это и не настоящий сахар , это простейшая молекула, родственная сахару. [6] Сообщается, что он сладкий на вкус . [7]

Синтез

Гликолальдегид — второе по распространенности соединение, образующееся при приготовлении пиролизного масла (до 10 % по массе). [8]

Гликолальдегид можно синтезировать окислением этиленгликоля перекисью водорода в присутствии сульфата железа (II) . [9]

Биосинтез

Он может образовываться под действием кетолазы на фруктозо-1,6-бисфосфат по альтернативному пути гликолиза. Это соединение переносится тиаминпирофосфатом во время пентозофосфатного шунта .

При пуриновом катаболизме ксантин сначала превращается в ураты . Он превращается в 5-гидроксиизоурат , который декарбоксилируется до аллантоина и аллантоевой кислоты . После гидролиза одной мочевины остается гликолюреат. После гидролиза второй мочевины остается гликольальдегид. Два гликольальдегида конденсируются с образованием эритрозо-4-фосфата , который снова поступает в пентозофосфатный шунт .

Роль в формозной реакции

Гликолальдегид является промежуточным продуктом формозной реакции . В формозной реакции две молекулы формальдегида конденсируются с образованием гликоляльдегида. Гликолальдегид затем превращается в глицеральдегид , предположительно посредством начальной таутомеризации. [10] Присутствие этого гликоляльдегида в этой реакции демонстрирует, как он может играть важную роль в формировании химических строительных блоков жизни. Нуклеотиды , например, используют формозную реакцию для достижения сахарной единицы. Нуклеотиды необходимы для жизни, поскольку они составляют генетическую информацию и кодируют жизнь.

Теоретическая роль в абиогенезе

Его часто используют в теориях абиогенеза . [11] [12] В лаборатории его можно преобразовать в аминокислоты [13], а короткие дипептиды [14] могли способствовать образованию сложных сахаров. Например, L-валил-L-валин использовался в качестве катализатора для образования тетрозы из гликоляльдегида. Теоретические расчеты дополнительно показали возможность дипептид-катализируемого синтеза пентоз. [15] Это образование продемонстрировало стереоспецифический каталитический синтез D-рибозы, единственного встречающегося в природе энантиомера рибозы. С момента открытия этого органического соединения было разработано множество теорий, связанных с различными химическими путями, объясняющими его образование в звездных системах.

Образование гликоляльдегида в звездной пыли

Было обнаружено, что УФ-облучение метанольного льда, содержащего CO, приводит к образованию органических соединений, таких как гликоляльдегид и метилформиат , более распространенный изомер гликоляльдегида. Содержание продуктов несколько не соответствует наблюдаемым значениям, найденным в IRAS 16293-2422, но это можно объяснить изменениями температуры. Этиленгликоль и гликоляльдегид требуют температуры выше 30 К. [16] [17] Общее мнение среди исследовательского сообщества в области астрохимии находится в пользу гипотезы реакции на поверхности зерен. Однако некоторые ученые полагают, что реакция происходит в более плотных и холодных частях ядра. Плотное ядро ​​не допускает облучения, как говорилось ранее. Это изменение полностью изменит реакцию образования гликоляльдегида. [18]

Формирование в космосе

Художественное изображение молекул сахара в газе, окружающем молодую звезду, похожую на Солнце. [19]

Различные изученные условия показывают, насколько проблематичным может быть изучение химических систем, находящихся на расстоянии световых лет. Условия образования гликолевого альдегида до сих пор неясны. В настоящее время наиболее последовательные реакции образования, по-видимому, происходят на поверхности льда в космической пыли .

Гликолальдегид был идентифицирован в газе и пыли вблизи центра галактики Млечный Путь , [20] в области звездообразования на расстоянии 26 000 световых лет от Земли, [21] и вокруг протозвездной двойной звезды IRAS 16293-2422 , 400 световых лет. лет от Земли. [22] [23] Наблюдения за падающими спектрами гликольальдегида на расстоянии 60 а.е. от IRAS 16293-2422 позволяют предположить, что сложные органические молекулы могут образовываться в звездных системах до образования планет и в конечном итоге прибывать на молодые планеты на ранних стадиях их формирования. [17]

Обнаружение в космосе

Известно, что внутренняя область пылевого облака относительно холодная. При температуре до 4 Кельвинов газы внутри облака замерзнут и скрепятся с пылью, что создаст условия реакции, способствующие образованию сложных молекул, таких как гликоляльдегид. Когда звезда сформировалась из пылевого облака, температура внутри ядра повысится. Это приведет к тому, что молекулы пыли испарятся и высвободятся. Молекула будет излучать радиоволны, которые можно обнаружить и проанализировать. Большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка в Атакаме ( ALMA) впервые обнаружила гликоляльдегид. ALMA состоит из 66 антенн, способных обнаруживать радиоволны, излучаемые космической пылью . [24]

23 октября 2015 года исследователи Парижской обсерватории объявили об открытии гликоляльдегида и этилового спирта на комете Лавджоя , что стало первой подобной идентификацией этих веществ в комете. [25] [26]

Рекомендации

  1. ^ Мэтьюз, Кристофер К. (2000). Биохимия . Ван Холд, К.Э. (Кенсал Эдвард), 1928-, Ахерн, Кевин Г. (3-е изд.). Сан-Франциско, Калифорния: Бенджамин Каммингс. п. 280. ИСБН 978-0805330663. ОСЛК  42290721.
  2. ^ «Прогноз изомеризации гликольдегида в водном растворе IBM RXN - искусственный интеллект для химии» . 11 ноября 2019 года . Проверено 19 ноября 2019 г.
  3. ^ Коллинз, GCS; Джордж, Вашингтон (1971). «Спектры ядерного магнитного резонанса гликоляльдегида». Журнал Химического общества B: Physical Organic : 1352. doi : 10.1039/j29710001352. ISSN  0045-6470.
  4. ^ Яйлаян, Варужан А.; Харти-Мейджорс, Сьюзен; Исмаил, Ашраф А. (1998). «Исследование механизма диссоциации димера гликоляльдегида (2,5-дигидрокси-1,4-диоксана) методом ИК-Фурье-спектроскопии». Исследование углеводов . 309 : 31–38. дои : 10.1016/S0008-6215(98)00129-3.
  5. ^ Федоронько, Михал; Темкович, Питер; Кенигштейн, Йозеф; Ковачик, Владимир; Тварошка, Игорь (1 декабря 1980 г.). «Изучение кинетики и механизма кислотно-основного енолирования гидроксиацетальдегида и метоксиацетальдегида». Исследование углеводов . 87 (1): 35–50. дои : 10.1016/S0008-6215(00)85189-7.
  6. ^ Кэрролл, П.; Друэн, Б.; Видикус Уивер, С. (2010). «Субмиллиметровый спектр гликольдегида» (PDF) . Астрофиз. Дж . 723 (1): 845–849. Бибкод : 2010ApJ...723..845C. дои : 10.1088/0004-637X/723/1/845. S2CID  30104627.
  7. ^ Шалленбергер, RS (6 декабря 2012 г.). Вкусовая химия. Springer Science & Business Media. ISBN 9781461526667.
  8. ^ Моха, Динеш; Чарльз У. Питтман-младший; Филип Х. Стил (10 марта 2006 г.). «Пиролиз древесины/биомассы для производства бионефти: критический обзор». Энергетика и топливо . 206 (3): 848–889. дои : 10.1021/ef0502397. S2CID  49239384.
  9. ^ {{Ханс Петер Лача, Ули Казмайер и Гельмут Альфонс Кляйн: Органическая химия: Химия Basiswissen-II '. Шпрингер, Берлин; 6, vollständig überarbeitete Auflage 2008, ISBN 978-3-540-77106-7 , S. 217}} 
  10. ^ Кляймайер, Н. Фабиан; Экхардт, Андре К.; Кайзер, Ральф И. (18 августа 2021 г.). «Идентификация гликоляльдегид-енола (HOHC=CHOH) в межзвездных аналоговых льдах». Варенье. хим. Соц . 143 (34): 14009–14018. doi : 10.1021/jacs.1c07978. PMID  34407613. S2CID  237215450.{{cite journal}}: CS1 maint: date and year (link)
  11. ^ Ким, Х.; Рикардо, А.; Илланкун, Гавайи; Ким, MJ; Кэрриган, Массачусетс; Фрай, Ф.; Беннер, SA (2011). «Синтез углеводов в пребиотических циклах, управляемых минералами». Журнал Американского химического общества . 133 (24)): 9457–9468. дои : 10.1021/ja201769f. ПМИД  21553892.
  12. ^ Беннер, SA; Ким, Х.; Кэрриган, Массачусетс (2012). «Асфальт, вода и пребиотический синтез рибозы, рибонуклеозидов и РНК». Отчеты о химических исследованиях . 45 (12): 2025–2034. дои : 10.1021/ar200332w. PMID  22455515. S2CID  10581856.
  13. ^ Пиццарелло, Сандра; Вебер, Ал. (2004). «Пребиотические аминокислоты как асимметричные катализаторы». Наука . 303 (5661): 1151. CiteSeerX 10.1.1.1028.833 . дои : 10.1126/science.1093057. PMID  14976304. S2CID  42199392. 
  14. ^ Вебер, Артур Л.; Пиццарелло, С. (2006). «Катализируемый пептидами стереоспецифический синтез тетроз: возможная модель пребиотической молекулярной эволюции». Труды Национальной академии наук США . 103 (34): 12713–12717. Бибкод : 2006PNAS..10312713W. дои : 10.1073/pnas.0602320103 . ПМЦ 1568914 . ПМИД  16905650. 
  15. ^ Кантильо, Д.; Авалос, М.; Бабиано, Р.; Синтас, П.; Хименес, JL; Паласиос, JC (2012). «О пребиотическом синтезе D-сахаров, катализируемом L-пептидами. Оценка на основе расчетов из первых принципов». Химия: Европейский журнал . 18 (28): 8795–8799. doi : 10.1002/chem.201200466. ПМИД  22689139.
  16. ^ Оберг, К.И.; Гаррод, RT; ван Дишок, EF; Линнарц, Х. (сентябрь 2009 г.). «Скорость образования сложной органики при УФ-облучении льдов, богатых CH_3OH. I. Эксперименты». Астрономия и астрофизика . 504 (3): 891–913. arXiv : 0908.1169 . Бибкод : 2009A&A...504..891O. дои : 10.1051/0004-6361/200912559. S2CID  7746611.
  17. ^ Аб Йоргенсен, Дж. К.; Фавр, К.; Бишоп, С.; Бурк, Т.; Дишок, Э.; Шмальцль, М. (2012). «Обнаружение простейшего сахара, гликоляльдегида, в протозвезде солнечного типа с АЛМА» (PDF) . Астрофизический журнал . электронная печать. 757 (1): Л4. arXiv : 1208.5498 . Бибкод : 2012ApJ...757L...4J. дои : 10.1088/2041-8205/757/1/L4. S2CID  14205612.
  18. ^ Вудс, PM; Келли, Г.; Вити, С.; Слейтер, Б.; Браун, Вашингтон; Пулетти, Ф.; Берк, диджей; Раза, З. (2013). «Образование гликольдегида посредством димеризации формильного радикала». Астрофизический журнал . 777 (50): 90. arXiv : 1309.1164 . Бибкод : 2013ApJ...777...90W. дои : 10.1088/0004-637X/777/2/90. S2CID  13969635.
  19. ^ «Сладкий результат от ALMA» . Пресс-релиз ESO . Проверено 3 сентября 2012 г.
  20. ^ Холлис, Дж. М., Ловас, Ф. Дж., и Джуэлл, PR (2000). «Межзвездный гликольальдегид: первый сахар». Астрофизический журнал . 540 (2): 107–110. Бибкод : 2000ApJ...540L.107H. дои : 10.1086/312881 .{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  21. ^ Белтран, Монтана; Коделла, К.; Вити, С.; Нери, Р.; Чезарони, Р. (ноябрь 2008 г.). «Первое обнаружение гликоляльдегида за пределами Галактического центра». электронная печать arXiv:0811.3821. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal=( помощь ) [ постоянная мертвая ссылка ]
  22. ↑ Тан, Кер (29 августа 2012 г.). «Сахар найден в космосе». Национальная география . Архивировано из оригинала 1 сентября 2012 года . Проверено 31 августа 2012 г.
  23. ↑ Персонал (29 августа 2012 г.). «Сладко! Астрономы заметили молекулу сахара возле звезды». АП Новости . Проверено 31 августа 2012 г.
  24. ^ «Строительные блоки жизни обнаружены вокруг молодой звезды» . Проверено 11 декабря 2013 г.
  25. ^ Бивер, Николас; Бокеле-Морван, Доминик ; Морено, Рафаэль; Кровизье, Жак; Колом, Пьер; Лис, Дариуш К.; Сандквист, Оге; Буасье, Жереми; Деспуа, Дидье; Милам, Стефани Н. (2015). «Этиловый спирт и сахар в комете C/2014 Q2 (Лавджой)». Достижения науки . 1 (9): e1500863. arXiv : 1511.04999 . Бибкод : 2015SciA....1E0863B. doi : 10.1126/sciadv.1500863. ПМЦ 4646833 . ПМИД  26601319. 
  26. ^ «Исследователи нашли в комете этиловый спирт и сахар! -».

Внешние ссылки