importancia de las arcillas en la formación de compuestos ... · silicatos sulfuros sulfatos....
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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
Coloquio Origen y Evolución del Sistema Solar
En el estudio del origen de la vida es importante tomar en
cuenta tres hechos
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UNIVERSALIDAD DEL CÓDIGO
TODOS LOS SERES VIVOS TIENEN ORIGEN COMUN
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•FORMACION ABIOTICA DE COMPUESTOS ORGANICOS.
•PRESENCIA DE BIOMOLECULAS.
•ORGANISMOS HETEROTROFOS.
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•Es la transición gradual de moléculas inorgánicas simples a las moléculas bioquímicas necesarias para la vida.
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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
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SIMULACIONES EN EL LABORATORIO DE POSIBLES PROCESOS QUE FORMARON COMPUESTOS QUIMÍCOS ANTES DE LA APARICIÓN DE SERES VIVOS
Coloquio Origen y Evolución del Sistema Solar
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
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MATERIA PRIMAAMBIENTES GEOLOGICOS O EXTRATERRESTRES RELEVANTESFUENTES ENERGÉTICAS PROBABLES
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Las moléculas biológicas, están formando sistemas complejos y altamente organizados
moléculas
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No solo se requiere de tener los monómeros necesarios,sino también el orden y la información que guardan.
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SISTEMAS QUIMICOSReacciones químicas pueden formar:
a) productos colateralesb) formar isómeros c) isómeros ópticos
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ISOMEROS
COMPUESTO NÚMERO DE ISÓMEROS
C5H12 3C10H22 75C20H42 388,319
¡PERO!EN LA NATURALEZA SOLO 2 DE C20H42PRISTANO Y FITANO
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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.
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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.
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ENFATIZAR LA IMPORTANCIA DE RUTAS CON SESGO PARA LA FORMACIÓN DE MOLÉCULAS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA
OBJETIVO
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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
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Fuentes de energía para reacciones en sólidos
Necesita ser penetrantegeológicamente accesibleeficienteFuentes energéticas posibles:
radiación ionizantecavitacióntriboelectricidad
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Minerales con relevancia geológica en la Tierra primitiva
ARCILLASCARBONATOSZEOLITASSILICATOSSULFUROSSULFATOS
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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
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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).
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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
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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
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¿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
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Las arcillas son como dicen que son las mujeres
Contradictorias
No en absoluto, solo no entendidas y una mina de felicidad
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Las arcillasParecieran tener comportamiento contradictorio ya que:
Catalizan polimerizacionesCatalizan la descomposición
Es un reflejo de su estructura
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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).
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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.
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Nuestro interés esta en:
La posible catálisis por radiación de sustancias adsorbidas:
• Ácidos carboxílicos• Componentes de ácidos nucléicos
Papel protector de las arcillas
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META
•USAR LA RADIACION IONIZANTE COMO FUENTE DE ENERGIA.
•FORMACION DE COMPUESTOS ORGANICOS A PARTIR DE SUSTRATOS SIMPLES.
•AMBIENTES GEOLOGICOS RELEVANTES:
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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
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¿Por qué ácidos carboxílcos?
Son parte de sistemas metabólicosPrecursores para síntesisAbundantes en condritasSustratos para muchos microorganismos
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Sistemas estudiados
Acidos carboxílicos:malónico, acético, aconítico, α-cetoglutárico, succínico, en solución acuosa 0.1M libres de oxígeno.
Arcillamontmorillonita de sodio
Fuente energéticaradiación gamma
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¿Cómo se sigue el proceso?
CromatografíaLíquidos de alta eficienciaGasesGases-espectrometría de masas
Espectroscopía de UV-visible e infrarrojaRayos xRMN de Si y Al
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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?
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Tipos de reacciones inducidas por la radiación
Dimerización
CH3COOH . CH2COOH
2. CH2COOH CH2COOHCH2COOH
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La radiólisis del ácido malónico en solución acuosa produce varios ácidos de estructura mas compleja.
SIN ARCILLA CON ARCILLA
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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
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Resultados
Sin la arcillaDomina la dimerización sobre la descarboxilaciónCon la arcillaDomina la descarboxilación como camino preferencial
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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
•• Estos experimentos Estos experimentos muestran que bajo muestran que bajo condiciones probables condiciones probables en la Tierra primitiva se en la Tierra primitiva se pueden obtener rutas pueden obtener rutas preferenciales en la preferenciales en la formaciformacióón de un n de un compuestocompuesto