由马里兰大学化学家领导的团队发现了一种制造卡宾的新方法，卡宾是一类高反应性但众所周知寿命短且不稳定的分子。卡宾参与许多高能化学反应，例如碳水化合物的产生，是地球上生命的重要前体，也可能是太空中生命的组成部分。
科学家们通过紫外线脉冲分解甲醇(甲醛等许多工业化学品中常见的一种常见酒精)，成功形成了一种名为羟亚甲基(HCOH)的卡宾。研究结果发表在2024年5月14日《美国化学会杂志》上的一篇论文中。
马里兰大学化学与生物化学助理教授、该论文的资深作者LeahDodson表示：“令人惊讶的是，这种卡宾来自像甲醇这样常见的分子，我们在实验室里到处都有这种卡宾的喷射瓶。”
“193纳米波长的紫外激光器也是相当标准的。这意味着卡宾可以在太空等有大量甲醇和紫外线辐射的地方自然形成。通过这个过程在太空中形成的卡宾的进一步反应可能会导致构成生命的生物分子。”
该论文的发现揭示了地球上卡宾形成和反应背后机制的线索，使人们更好地了解该分子产生生命所需糖的潜力。
该研究的主要作者艾米丽·霍基(EmilyHockey)表示：“已有研究表明，HCOH可以发生反应形成单糖，其中包括一些以前在太空中检测到的单糖。”“我们认为这种卡宾可能是弥补我们关于甲醇和单糖如何产生更大、更先进生物分子的知识空白的缺失部分，因为它来自一种在太空中如此普遍存在并且可以在任何地方检测到的分子。”
由于其超强反应性，卡宾分子的寿命通常很短。这些特性使得卡宾一般很难被科学家生成和观察，从而限制了对该分子的深入了解。但马里兰大学团队生产卡宾的新方法使他们能够足够仔细地研究这些分子，以观察它们在毫秒时间尺度内的形成和衰变。研究人员惊讶地发现，在室温下，HCOH与氧气的反应相对缓慢。
“当我们观察HCOH在室温系统中的反应性时，我们发现它在15毫秒内衰减，”Hockey解释道。“有趣的是，由于卡宾被认为是一种超级反应性物质，因此可以合理地假设这种卡宾会与氧气等物质发生如此快的反应，以至于无法捕获。但事实并非如此。尽管卡宾衰变速度更快并且当暴露在氧气中时速度更快，但速度足够慢，我们仍然能够观察到这种衰变。”
研究人员相信，他们生产和研究卡宾的方法将帮助天文学家和天体化学家获得关于生命起源以及太空生命与地球生命如何不同进化的新见解。他们希望通过更仔细地观察甲醇分解过程中发生的情况并量化甲醇与紫外线反应产生的不同产物来巩固他们的发现。
“我们知道在我们的加工过程中会形成像HCOH这样的卡宾，但我们想更深入地了解其中有多少百分比最终会形成甲醛、亚甲基或其他烃基，”Hockey解释道。“我们最初认为所有的产物都是甲氧基自由基，但我们的实验表明，这个过程和产生的产物比我们最初的假设更复杂。”
了解用紫外线辐射分解甲醇所产生的产物的类型和数量，将使天文学家和天体化学家对天体物理物体及其数十亿年来的演变有更准确的了解。
多德森说：“如果关于甲醇光解产生的现有数据是错误的，那么正在传播的模型也将是错误的，而且我们对生命如何从这些分子进化而来的理解也可能受到损害。”“我们的后续工作有望为这些类型的模拟奠定基础。”