La radiación gamma puede convertir el metano en una amplia variedad de productos a temperatura ambiente, incluidos hidrocarburos, moléculas que contienen oxígeno y aminoácidos, informa un equipo de investigación en la revista. Chemie Angewandte. Este tipo de reacción probablemente juega un papel importante en la formación de moléculas orgánicas complejas en el universo y posiblemente en el origen de la vida. También abren nuevas estrategias para la conversión industrial de metano en productos de alto valor agregado en condiciones suaves.
Con estos resultados de investigación, el equipo dirigido por Weixin Huang de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (Hefei) ha contribuido a nuestra comprensión fundamental del desarrollo temprano de las moléculas en el universo. «Los rayos gamma, fotones de alta energía que comúnmente existen en los rayos cósmicos y en la desintegración de isótopos inestables, proporcionan energía externa para impulsar 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 de 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 procesos cósmicos sólo se simulan en el vacío y a temperaturas extremadamente bajas. Por el contrario, el equipo chino estudió las reacciones del metano a temperatura ambiente en las fases gaseosa y acuosa bajo irradiación con un emisor de cobalto-60.
La composición de los productos varía según los materiales de partida. El metano puro reacciona (con muy bajo rendimiento) para dar etano, propano e hidrógeno. La adición de oxígeno aumenta la conversión, resultando principalmente en CO2 así como CO, etileno y agua. En presencia de agua, el metano acuoso reacciona para dar acetona y alcohol butílico terciario; en fase gaseosa da etano y propano. Cuando se añaden agua y oxígeno, las reacciones se aceleran fuertemente. En la fase acuosa se forman formaldehído, ácido acético y acetona. Si también se añade amoníaco, el ácido acético forma glicina, un aminoácido que también se encuentra en el espacio. «Bajo la radiación gamma, la glicina se puede producir a partir de metano, oxígeno, agua y amoníaco, 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 cuales se forman los productos individuales. Oxígeno (∙O2−) y los radicales ∙OH juegan un papel importante en esto. Las velocidades de estos mecanismos de reacción radicales no dependen de la temperatura y, por 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. Por tanto, 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. Dice Huang, «debido a que la radiación gamma es una fuente de energía sostenible, segura y fácilmente disponible, este podría ser un nuevo enfoque para usar metano como fuente de carbono que se puede convertir eficientemente en productos de valor agregado en condiciones suaves, un proceso largo -Desafío permanente para la química sintética industrial».
