Трансформация газа в сложные молекулы: роль гамма-излучения в химии метана

Космическое излучение обещает радикальные преобразования в производственных процессах Земли.

Научная группа из Китая, под руководством Вэйсинь Хуана из Университета науки и технологий Китая в Хэфэе, сделала революционное открытие: использование гамма-излучения позволяет при комнатных условиях трансформировать метан в разнообразные соединения, включая углеводороды и кислородосодержащие молекулы, а также аминокислоты.

Эти процессы, как предполагается, играют важную роль в формировании сложных органических молекул во Вселенной и даже могут иметь связь с происхождением жизни. Для промышленности это открытие сулит эффективные подходы к переработке метана в высокоценные продукты.

В рамках своих экспериментов, исследователи провели реакции при комнатной температуре, используя гамма-излучение от кобальта-60, без необходимости создания экстремальных условий вакуума, характерных для космических исследований.

Продукты реакции варьируются в зависимости от присутствующих реагентов. Чистый метан образуется с низким выходом в этан, пропан и водород. Добавление кислорода значительно увеличивает эффективность процесса, создавая CO2, CO, этилен и воду.

Комбинация метана и воды в воде способствует образованию таких веществ, как ацетон и третичный бутиловый спирт, а в газообразной фазе появляются этан и пропан. Присутствие кислорода и воды стимулирует более активные реакции, что приводит к формированию формальдегида, уксусной кислоты и ацетона. Если добавить аммиак, образуется аминокислота глицин, которая также обнаружена в космическом пространстве.

«При воздействии гамма-лучей возможно получение глицина из метана, кислорода, воды и аммиака — соединений, повсеместно встречающихся в космосе», — объясняет Вэйсинь Хуан. Исследователи выявили, что кислород и гидроксильные радикалы играют ключевую роль в этих реакциях. Это может происходить и в условиях космоса, ввиду независимости скорости реакций от температуры.

Команда также выявила, что различные твердые частицы, составляющие межзвездную пыль, такие как диоксид кремния и оксид железа, оказывают разнообразное влияние на конечные продукты реакций. Эти вариативные эффекты, вероятно, объясняют неоднородное распределение молекул в космосе.

Поскольку гамма-излучение является доступным и стабильным источником энергии, эксактивация метана открывает далеко идущие перспективы для его использования в качестве сырья для производства ценных продуктов в условиях, благоприятных для промышленного применения. Это реальный шаг вперед в решении давних вызовов синтетической химии.