stringtranslate.com

Гликолальдегид

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

Структура

Гликолальдегид в виде газа представляет собой простую мономерную структуру. В твердом и расплавленном виде он существует в виде димера . Коллинз и Джордж сообщили о равновесии гликольальдегида в воде с помощью ЯМР. [2] [3] В водном растворе он существует в виде смеси по крайней мере четырех видов, которые быстро взаимопревращаются. [4]

Структуры и распределение гликольальдегида в виде 20% 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 единственная возможная диоза , 2-углеродный моносахарид , хотя диоза не является строго сахаридом. Хотя это и не настоящий сахар , это самая простая молекула, связанная с сахаром. [6] Сообщается, что она имеет сладкий вкус . [7]

Синтез

Гликолевый альдегид является вторым по распространенности соединением, образующимся при получении пиролизного масла (до 10% по весу). [8]

Гликолевый альдегид можно синтезировать путем окисления этиленгликоля с использованием перекиси водорода в присутствии сульфата железа (II) . [9]

Биосинтез

Он может образовываться под действием кетолазы на фруктозо-1,6-бисфосфате в альтернативном пути гликолиза. Это соединение переносится тиаминпирофосфатом во время пентозофосфатного шунта .

При катаболизме пуринов ксантин сначала преобразуется в урат . Он преобразуется в 5-гидроксиизоурат , который декарбоксилируется в аллантоин и аллантоиновую кислоту . После гидролиза одной мочевины остается гликольуреат. После гидролиза второй мочевины остается гликольальдегид. Два гликольальдегида конденсируются с образованием эритрозо-4-фосфата , [ требуется цитата ] , который снова идет в пентозофосфатный шунт.

Роль в реакции формозы

Гликолальдегид является промежуточным продуктом в реакции формозы . В реакции формозы две молекулы формальдегида конденсируются, образуя гликольальдегид. Затем гликольальдегид преобразуется в глицеральдегид , предположительно, посредством начальной таутомеризации. [10] Присутствие этого гликольальдегида в этой реакции демонстрирует, как он может играть важную роль в формировании химических строительных блоков жизни. Нуклеотиды , например, полагаются на реакцию формозы для достижения своей сахарной единицы. Нуклеотиды необходимы для жизни, потому что они составляют генетическую информацию и кодирование для жизни.

Теоретическая роль в абиогенезе

Его часто используют в теориях абиогенеза . [11] [12] В лабораторных условиях было показано, что аминокислоты [13] и короткие дипептиды [14] катализируют образование сложных сахаров из гликольальдегида. Например, L-валил-L-валин использовался в качестве катализатора для образования тетрозов из гликольальдегида. Теоретические расчеты дополнительно показали возможность дипептид-катализируемого синтеза пентоз. [15] Это образование показало стереоспецифический каталитический синтез D-рибозы, единственного встречающегося в природе энантиомера рибозы. С момента обнаружения этого органического соединения было разработано много теорий, связанных с различными химическими путями для объяснения его образования в звездных системах.

Образование гликольальдегида в звездной пыли

Было обнаружено, что УФ-облучение метанольных льдов, содержащих CO, дало органические соединения, такие как гликольальдегид и метилформиат , более распространенный изомер гликольальдегида. Распространенность продуктов немного не соответствует наблюдаемым значениям, найденным в IRAS 16293-2422, но это можно объяснить изменениями температуры. Этиленгликоль и гликольальдегид требуют температур выше 30 К. [16] [17] Общее согласие среди сообщества исследователей астрохимии в пользу гипотезы реакции на поверхности зерна. Однако некоторые ученые считают, что реакция происходит в более плотных и холодных частях ядра. Плотное ядро ​​не допускает облучения, как было сказано ранее. Это изменение полностью изменит реакцию с образованием гликольальдегида. [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, которые находятся на расстоянии световых лет. Условия образования гликольальдегида до сих пор неясны. В настоящее время наиболее последовательные реакции образования, по-видимому, происходят на поверхности льда в космической пыли .

Гликолальдегид был обнаружен в газе и пыли около центра галактики Млечный Путь [20] , в области звездообразования в 26000 световых годах от Земли [21] и вокруг протозвездной двойной звезды IRAS 16293-2422 , в 400 световых годах от Земли. [22] [23] Наблюдение за падающими спектрами гликольальдегида в 60 а.е. от IRAS 16293-2422 предполагает, что сложные органические молекулы могут образовываться в звездных системах до образования планет, в конечном итоге попадая на молодые планеты на ранней стадии их формирования. [17]

Обнаружение в космосе

Известно, что внутренняя область пылевого облака относительно холодная. При температурах ниже 4 градусов Кельвина газы внутри облака замерзают и прикрепляются к пыли, что обеспечивает условия реакции, благоприятствующие образованию сложных молекул, таких как гликольальдегид. Когда из пылевого облака формируется звезда, температура внутри ядра повышается. Это приводит к испарению молекул пыли и их высвобождению. Молекула испускает радиоволны, которые можно обнаружить и проанализировать. Большая миллиметровая/субмиллиметровая антенная решетка Атакамы (ALMA) впервые обнаружила гликольальдегид. ALMA состоит из 66 антенн, которые могут обнаруживать радиоволны, испускаемые космической пылью . [24]

23 октября 2015 года исследователи Парижской обсерватории объявили об обнаружении гликольальдегида и этилового спирта на комете Лавджоя , что стало первым случаем обнаружения этих веществ на комете. [25] [26]

Ссылки

  1. ^ Mathews, Christopher K. (2000). Биохимия . Van Holde, KE (Kensal Edward), 1928-, Ahern, Kevin G. (3-е изд.). Сан-Франциско, Калифорния: Benjamin Cummings. стр. 280. ISBN 978-0805330663. OCLC  42290721.
  2. ^ "Предсказание изомеризации гликольальдегида в водном растворе с помощью IBM RXN – Искусственный интеллект для химии". 11 ноября 2019 г. Получено 19 ноября 2019 г.
  3. ^ Коллинз, GCS; Джордж, WO (1971). "Спектры ядерного магнитного резонанса гликольальдегида". Журнал химического общества B: Physical Organic : 1352. doi :10.1039/j29710001352. ISSN  0045-6470.
  4. ^ Yaylayan, Varoujan A.; Harty-Majors, Susan; Ismail, Ashraf A. (1998). «Исследование механизма диссоциации димера гликольальдегида (2,5-дигидрокси-1,4-диоксана) методом ИК-Фурье-спектроскопии». Carbohydrate Research . 309 : 31–38. doi :10.1016/S0008-6215(98)00129-3.
  5. ^ Федоронько, Михал; Темкович, Петер; Кёнигштейн, Йозеф; Ковачик, Владимир; Тварошка, Игорь (1 декабря 1980 г.). «Изучение кинетики и механизма катализируемой кислотой и основанием енолизации гидроксиацетальдегида и метоксиацетальдегида». Carbohydrate Research . 87 (1): 35–50. doi :10.1016/S0008-6215(00)85189-7.
  6. ^ Кэрролл, П.; Друэн, Б.; Видикус Уивер, С. (2010). «Субмиллиметровый спектр гликольальдегида» (PDF) . Astrophys. J. 723 ( 1): 845–849. Bibcode : 2010ApJ...723..845C. doi : 10.1088/0004-637X/723/1/845. S2CID  30104627.
  7. ^ Шалленбергер, Р.С. (2012-12-06). 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 получения биотоплива: критический обзор». Энергия и топливо . 206 (3): 848–889. doi :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. ^ Kleimeier, N. Fabian; Eckhardt, André K.; Kaiser, Ralf I. (18 августа 2021 г.). «Идентификация гликольальдегидного енола (HOHC═CHOH) в межзвездных аналоговых льдах». J. Am. Chem. Soc . 143 (34): 14009–14018. doi :10.1021/jacs.1c07978. PMID  34407613. S2CID  237215450.
  11. ^ Ким, Х.; Рикардо, А.; Иллангкун, Х.И.; Ким, М.Дж.; Кэрриган, МА; Фрай, Ф.; Беннер, С.А. (2011). «Синтез углеводов в пребиотических циклах, направляемых минералами». Журнал Американского химического общества . 133 (24)): 9457–9468. doi :10.1021/ja201769f. PMID  21553892.
  12. ^ Беннер, СА; Ким, Х.; Карриган, МА (2012). «Асфальт, вода и пребиотический синтез рибозы, рибонуклеозидов и РНК». Accounts of Chemical Research . 45 (12): 2025–2034. doi :10.1021/ar200332w. PMID  22455515. S2CID  10581856.
  13. ^ Пиццарелло, Сандра; Вебер, АЛ (2004). «Пребиотические аминокислоты как асимметричные катализаторы». Science . 303 (5661): 1151. CiteSeerX 10.1.1.1028.833 . doi :10.1126/science.1093057. PMID  14976304. S2CID  42199392. 
  14. ^ Вебер, Артур Л.; Пиццарелло, С. (2006). «Пептид-катализируемый стереоспецифический синтез тетрозов: возможная модель пребиотической молекулярной эволюции». Труды Национальной академии наук США . 103 (34): 12713–12717. Bibcode : 2006PNAS..10312713W . doi : 10.1073/pnas.0602320103 . PMC 1568914. PMID  16905650. 
  15. ^ Кантильо, Д.; Авалос, М.; Бабиано, Р.; Синтас, П.; Хименес, Дж. Л.; Паласиос, Дж. К. (2012). «О пребиотическом синтезе D-сахаров, катализируемом L-пептидами. Оценки на основе расчетов из первых принципов». Химия: Европейский журнал . 18 (28): 8795–8799. doi :10.1002/chem.201200466. PMID  22689139.
  16. ^ Öberg, KI; Garrod, RT; van Dishoeck, EF; Linnartz, H. (сентябрь 2009 г.). «Скорости образования сложных органических соединений при УФ-облучении льдов, богатых CH_3OH. I. Experiemtns». Astronomy and Astrophysics . 504 (3): 891–913. arXiv : 0908.1169 . Bibcode : 2009A&A...504..891O. doi : 10.1051/0004-6361/200912559. S2CID  7746611.
  17. ^ ab Jørgensen, JK; Favre, C.; Bisschop, S.; Bourke, T.; Dishoeck, E.; Schmalzl, M. (2012). "Обнаружение простейшего сахара, гликольальдегида, в протозвезде солнечного типа с помощью ALMA" (PDF) . The Astrophysical Journal . eprint. 757 (1): L4. arXiv : 1208.5498 . Bibcode :2012ApJ...757L...4J. doi :10.1088/2041-8205/757/1/L4. S2CID  14205612.
  18. ^ Woods, P. M; Kelly, G.; Viti, S.; Slater, B.; Brown, WA; Puletti, F.; Burke, DJ; Raza, Z. (2013). "Образование гликольальдегида посредством димеризации формильного радикала". The Astrophysical Journal . 777 (50): 90. arXiv : 1309.1164 . Bibcode :2013ApJ...777...90W. doi :10.1088/0004-637X/777/2/90. S2CID  13969635.
  19. ^ "Sweet Result from ALMA". Пресс-релиз ESO . Получено 3 сентября 2012 г.
  20. ^ Холлис, Дж. М., Ловас, Ф. Дж. и Джуэлл, П. Р. (2000). «Межзвездный гликольальдегид: первый сахар». Астрофизический журнал . 540 (2): 107–110. Bibcode : 2000ApJ...540L.107H. doi : 10.1086/312881 .{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  21. ^ Beltran, MT; Codella, C.; Viti, S.; Neri, R.; Cesaroni, R. (ноябрь 2008 г.). «Первое обнаружение гликольальдегида за пределами Галактического центра». eprint arXiv:0811.3821. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь ) [ постоянная мертвая ссылка ]
  22. ↑ Than, Ker (29 августа 2012 г.). «Сахар, найденный в космосе». National Geographic . Архивировано из оригинала 1 сентября 2012 г. Получено 31 августа 2012 г.
  23. ↑ Staff (29 августа 2012 г.). «Прелесть! Астрономы обнаружили молекулу сахара возле звезды». AP News . Получено 31 августа 2012 г.
  24. ^ "Вокруг молодой звезды обнаружены строительные блоки жизни" . Получено 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 обнаружили в комете этиловый спирт и сахар! -».

Внешние ссылки