El metano interestelar puede actuar como precursor de la vida

La radiación gamma puede convertir el metano en una amplia variedad de productos a temperatura ambiente, incluidos hidrocarburos, moléculas que contienen oxígeno y aminoácidos.

Es la conclusión de una nueva investigación publicada en la revista Angewandte Chemie por un equipo dirigido por Weixin Huang en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China.

Este tipo de reacción probablemente desempeña un papel importante en la formación de moléculas orgánicas complejas en el universo, y posiblemente en el origen de la vida. También abre nuevas estrategias para la conversión industrial del metano en productos de alto valor añadido en condiciones suaves.

Con estos resultados, el equipo afirma haber contribuido a nuestra comprensión fundamental del desarrollo temprano de las moléculas en el universo.

"Los rayos gamma, los fotones de alta energía que existen comúnmente en los rayos cósmicos y la desintegración de isótopos inestables, proporcionan energía externa para impulsar las reacciones químicas de moléculas simples en los mantos helados de polvo interestelar y granos de hielo", afirma Huang. "Esto puede dar lugar a moléculas orgánicas más complejas, presumiblemente a partir del metano (CH4), que está ampliamente presente en todo el medio interestelar".

Aunque en la Tierra y en los planetas de la llamada zona habitable reinan presiones y temperaturas más altas, la mayoría de los estudios de los procesos cósmicos se realizan únicamente en condiciones de vacío y a temperaturas extremadamente bajas. En cambio, el equipo chino estudió las reacciones del metano a temperatura ambiente en las fases gaseosa y acuosa bajo la irradiación de un emisor de cobalto-60.

La composición de los productos varía en función de los materiales de partida. El metano puro reacciona, con un rendimiento muy bajo, para dar etano, propano e hidrógeno. La adición de oxígeno aumenta la conversión, dando como resultado principalmente CO2, además de CO, etileno y agua. En presencia de agua, el metano acuoso reacciona para dar acetona y alcohol terc-butílico; en la fase gaseosa, da etano y propano. Cuando se añaden tanto agua como oxígeno, las reacciones se aceleran fuertemente. En la fase acuosa, se forman formaldehído, ácido acético y acetona. Si se añade amoniaco, el ácido acético forma glicina, un aminoácido que también se encuentra en el espacio.

"Bajo la radiación gamma, la glicina se puede formar a partir de metano, oxígeno, agua y amoniaco, moléculas que se encuentran en grandes cantidades en el espacio", dice Huang. El equipo desarrolló un esquema de reacción que explica las rutas por las que se forman los productos individuales. Los radicales de oxígeno (·O2-) y ·OH juegan un papel importante en esto. Las velocidades de estos mecanismos de reacción radical no dependen de la temperatura y, por lo tanto, también podrían tener lugar en el espacio.

Además, el equipo pudo demostrar que varias partículas sólidas que son componentes del polvo interestelar (dióxido de silicio, óxido de hierro, silicato de magnesio y óxido de grafeno) cambian la selectividad del producto de diferentes maneras. La variada composición del polvo interestelar puede haber contribuido a la distribución desigual observada de moléculas en el espacio.

El dióxido de silicio conduce a una conversión más selectiva de metano en ácido acético. Huang afirma que "debido a que la radiación gamma es una fuente de energía fácilmente disponible, segura y sostenible, este podría ser un nuevo enfoque para utilizar el metano como fuente de carbono que se puede convertir de manera eficiente en productos de valor agregado en condiciones moderadas, un antiguo desafío para la química sintética industrial".