Importancia de las arcillas en la formación de compuestos ... · SILICATOS SULFUROS SULFATOS....

Importancia de las arcillas en la formación de compuestos

orgánicos en ambientes terrestres y extraterrestres

Coloquio Origen y Evolución del Sistema Solar

ÍndiceIntroducción

evolución químicaarcillas

ObjetivoEjemplo de una reacción con sesgoConclusiones


En el estudio del origen de la vida es importante tomar en

cuenta tres hechos


HAY VIDA EN LA TIERRA

HAY VIDA EN LA TIERRA


UNIVERSALIDAD DEL CÓDIGO

TODOS LOS SERES VIVOS TIENEN ORIGEN COMUN


TRES HECHOS• TODOS LOS ORGANISMOS

SON MUY COMPLEJOS


•FORMACION ABIOTICA DE COMPUESTOS ORGANICOS.

•PRESENCIA DE BIOMOLECULAS.

•ORGANISMOS HETEROTROFOS.


•Es la transición gradual de moléculas inorgánicas simples a las moléculas bioquímicas necesarias para la vida.


Síntesis abióticaA través de procesos químicos y físicos se han detectado compuestos orgánicos de diferente complejidad en:Medios terrestres, Tierra primitiva

Ambientes extraterrestresPlanetasCometasCondritas carbonosasNubes interestelares


SIMULACIONES EN EL LABORATORIO DE POSIBLES PROCESOS QUE FORMARON COMPUESTOS QUIMÍCOS ANTES DE LA APARICIÓN DE SERES VIVOS


MolMolééculas de culas de importancia importancia biolbiolóógica actual lo gica actual lo fueron tambifueron tambiéén en el n en el origen de la vidaorigen de la vida

Premisa


MATERIA PRIMAAMBIENTES GEOLOGICOS O EXTRATERRESTRES RELEVANTESFUENTES ENERGÉTICAS PROBABLES


Las moléculas biológicas, están formando sistemas complejos y altamente organizados

moléculas


No solo se requiere de tener los monómeros necesarios,sino también el orden y la información que guardan.


SISTEMAS QUIMICOSReacciones químicas pueden formar:

a) productos colateralesb) formar isómeros c) isómeros ópticos


ISOMEROS

H3C CH3 H3CCH3

CH3

CH3

H3CCH3

CH3 C5H12


ISOMEROS

COMPUESTO NÚMERO DE ISÓMEROS

C5H12 3C10H22 75C20H42 388,319

¡PERO!EN LA NATURALEZA SOLO 2 DE C20H42PRISTANO Y FITANO


REACCIONES CON SESGO EN QUÍMICA PREBIÓTICAREACCIONES CON SESGO EN REACCIONES CON SESGO EN QUQUÍÍMICA PREBIMICA PREBIÓÓTICATICA

Una condición indispensable para la reproducción del mismo conjunto es tener probabilidades de reacción desiguales o sesgadas.

Una condición indispensable para la reproducción del mismo conjunto es tener probabilidades de reacción desiguales o sesgadas.

Si se tiene igual probabilidad de reacción entre monómeros para formar diferentes olígomeros, el número de posibles conjuntos es tan grande que sería poco probable reproducir el mismo sistema.


LAS CONDICIONES MÍNIMAS PARA LA EXISTENCIA DE UNA MAQUINARIA QUÍMICA COMPATIBLE CON LA VIDA DEBE DE TENER EN CUENTA CONDIONES DE SESGO.

TAL SESGO DARÁ POR RESULTADO MENOS SECUENCIAS RESPECTO A LAS OBTENIDAS DE UNA PROCESO AL AZAR.


ENFATIZAR LA IMPORTANCIA DE RUTAS CON SESGO PARA LA FORMACIÓN DE MOLÉCULAS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA

OBJETIVO


Medios geologicamenterelevantesLas reacciones químicas en la Tierra primitiva pudieron tiene lugar en la interfase hidrosfera/litosfera, atmósfera/litosfera, por ello una simulación de ambientes terrestres requieren de sistemas multifacéticosPor ello, las superficies sólidas son de interés en la formación de compuestos orgánicos


Fuentes de energía para reacciones en sólidos

Necesita ser penetrantegeológicamente accesibleeficienteFuentes energéticas posibles:

radiación ionizantecavitacióntriboelectricidad


Minerales con relevancia geológica en la Tierra primitiva

ARCILLASCARBONATOSZEOLITASSILICATOSSULFUROSSULFATOS


Las arcillasEn el lenguaje de

los astrónomos

Es como un hoyo negro, todo se lo chupa

En el lenguaje de los físicos

Es una caja negra

En el de los alfareros

Es una masita moldeable

Diagénesis de compuestos orgánicos

Catalizadores comerciales

Origen del petróleo

Origen de la vida


Estructura de las arcillas

Son aluminio-silicatos. Están organizadas en láminas apiladas una sobre otra.

• capas tetraédricas con Si como átomo central

•Capas octaédricas con el aluminio (III).


RELEVANCIA GEOLOGICARELEVANCIA GEOLOGICA

•PRESENTES EN SEDIMENTOS MUY ANTIGUOS.•ESTAN DISTRIBUIDOS EXTENSAMENTE EN LA CORTEZA TERRESTRE.•SE HAN DETECTADO EN MARTE Y EN EL COMETA TEMPLE 1•SU SUPERFICIE ES EXTENSA


Arcillas

En los datos analizados por el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA realizadas al cometa Tempel 1 se ha encontrado arcilla y carbonato. El suelo marciano contiene arcillasLas condritas contienen esmectitas


arcillas


¿por qué las arcillas ?•CAPACIDAD DE ADSORCIÓN DE MONÓMEROS

•FACILITAN LA CONDENSACIÓN O POLIMERIZACIÓN

•SU SUPERFICIE PUEDE SERVIR DE MOLDE EN REACCIONES COMPLEJAS DE REPLICACIÓN.

•TIENEN RELEVANCIA GEOLÓGICA

•PROTEGER A LAS MOLECULAS ADSORBIDAS


Las arcillas son como dicen que son las mujeres

Contradictorias

No en absoluto, solo no entendidas y una mina de felicidad


Las arcillasParecieran tener comportamiento contradictorio ya que:

Catalizan polimerizacionesCatalizan la descomposición

Es un reflejo de su estructura


Arcillas como catalizadores

Las arcillas catalizan las reacciones vía:

Interacciones ácido-base (ácidos de Bronsted en sus superficies).Reacciones redox, mediante mecanismos de transferencia de electrones en las orillas del cristal (en sitios de ácidos de Lewis).


NUESTRO INTERES ES:NUESTRO INTERES ES:NUESTRO INTERES ES:

Mostrar experimentalmente que reacciones con sesgo pudieron ocurrir en condiciones geológicamente relevantes en la Tierra primitivaEncontrar si hay selectividad en la adsorción.Mostrar el efecto de la radiación ionizante en las reacciones en superficies sólidas.

Mostrar experimentalmente que Mostrar experimentalmente que reacciones con sesgo pudieron ocurrir reacciones con sesgo pudieron ocurrir en condiciones geolen condiciones geolóógicamente gicamente relevantes en la Tierra primitivarelevantes en la Tierra primitivaEncontrar si hay selectividad en la Encontrar si hay selectividad en la adsorciadsorcióónn..Mostrar el efecto de la radiaciMostrar el efecto de la radiacióón n ionizante en las reacciones en ionizante en las reacciones en superficies ssuperficies sóólidas.lidas.


Nuestro interés esta en:

La posible catálisis por radiación de sustancias adsorbidas:

• Ácidos carboxílicos• Componentes de ácidos nucléicos

Papel protector de las arcillas


META

•USAR LA RADIACION IONIZANTE COMO FUENTE DE ENERGIA.

•FORMACION DE COMPUESTOS ORGANICOS A PARTIR DE SUSTRATOS SIMPLES.

•AMBIENTES GEOLOGICOS RELEVANTES:


Que se hizo:

Irradiar un ácido dicarboxílico en solución acuosaIrradiar el ácido en una suspensión con una arcillaComparar el efecto de la arcilla en la radiólisis


¿Por qué ácidos carboxílcos?

Son parte de sistemas metabólicosPrecursores para síntesisAbundantes en condritasSustratos para muchos microorganismos


Sistemas estudiados

Acidos carboxílicos:malónico, acético, aconítico, α-cetoglutárico, succínico, en solución acuosa 0.1M libres de oxígeno.

Arcillamontmorillonita de sodio

Fuente energéticaradiación gamma


¿Cómo se sigue el proceso?

CromatografíaLíquidos de alta eficienciaGasesGases-espectrometría de masas

Espectroscopía de UV-visible e infrarrojaRayos xRMN de Si y Al


EFECTO DE LA RADIACION GAMMA EN EL SISTEMA ACIDO-MONTMORILLONITA DE SODIO

¿Qué le ocurre al ácido al irradiarse en un medio heterogéneo?¿Cómo se compara al sistema sinarcilla?¿En que parte de la arcilla se une?


Tipos de reacciones inducidas por la radiación

Dimerización

CH3COOH . CH2COOH

2. CH2COOH CH2COOHCH2COOH


Descarboxilación


La radiólisis del ácido malónico en solución acuosa produce varios ácidos de estructura mas compleja.

SIN ARCILLA CON ARCILLA


REACCIONES DOMINANTES EN LA IRRADIACION DE ACIDOS CARBOXILICOS

ACIDO REACCION DOMINANTE SIN ARCILLA

PRODUCTOS PRINCIPALES

REACCIONES DOMINANTES CON ARCILLA

PRODUCTOS PRINCIPALES

ACETICO DIMERIZACION SUCCINICO, TRICARBALLILIC CITRICO

DESCARBOXILACION METANO, DIOXICO DE CARBONO

ACONITICO ADICION DE RADICALES H/OH

TRICARBALLI LIC CITRICO ISOCITRICO

DESCARBOXILACION AC. ITACONICO DIOXIDO DE CARBONO

MALONICO DIMERIZACION DIMERO DESCARBOXILACION AC. ACETICO DIOXIDO DE

ARBONO


Resultados

Sin la arcillaDomina la dimerización sobre la descarboxilaciónCon la arcillaDomina la descarboxilación como camino preferencial


Con esta serie de experimentos mostramos experimentalmente que los ácidos carboxílicos pueden reaccionar en forma sesgada cuando están adsorbidos en una superficie sólida y son expuestos a radiación de alta energía.

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CONSIDERACIONESCONSIDERACIONESCONSIDERACIONES

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