Überkritischer Stickstoff als Biolösungsmittel?

Überkritisches CO2 wurde als potenzielles alternatives Biolösungsmittel vorgeschlagen , das Wasser bei hohen Drücken und leicht erhöhten Temperaturen ersetzt.

Aber was ist mit überkritischem N2? ScCO2 ist ein industriell nützliches Lösungsmittel für die organische Chemie, daher wurde viel über seine Eignung als Biolösungsmittel geforscht, aber das Auffinden relevanter Informationen zu Stickstoff scheint erheblich schwieriger zu sein. Anscheinend ist es als Lösungsmittel für einige Trocknungs- und Reinigungsverfahren nützlich - was meine Neugier geweckt hat -, aber es scheint einen Mangel an Informationen darüber zu geben, wie es sich genau mit verschiedenen komplexen organischen Molekülen (wie z. B. Proteinen, Nukleinsäuren, Lipide usw.).

Der kritische Punkt von Stickstoff tritt bei deutlich niedrigerem Druck als CO2 und kryogenen Temperaturen auf und würde so eine ganz andere Reihe interessanter außerirdischer Heimatwelten zum Spielen eröffnen.

Antworten (1)

Wasser ist aufgrund seines Dipolmoments ein gutes Lösungsmittel

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wasser ist ein gutes Lösungsmittel , da es auf beiden Seiten seiner Molekülstruktur abwechselnd positive und negative Ladungen aufweist. Das stark elektronegative Sauerstoffatom zieht Elektronen vom Wasserstoff zu sich hin, wodurch eine negativere Ladung auf der Seite des Sauerstoffatoms entsteht. Dies wird als Wasserstoffbrückenbindung bezeichnet . Aufgrund des Winkels zwischen den Wasserstoffatomen bei der Bindung entsteht auch eine Richtung, in der aufgrund der beiden Wasserstoffatome eine positivere Ladung vorhanden ist. Dies wird Dipolmoment genannt .

Stickstoff ist symmetrischer

Zweiatomiger Stickstoff (N 2 ) hingegen hat eine starke, kovalente Dreifachbindung . Die Bindung ist „kurz“ in dem Sinne, dass die Atome fest gebunden sind. Aufgrund der Natur einer kovalenten Bindung , insbesondere einer so starken und kurzen wie dieser Dreifachbindung, werden die Elektronen geteilt, anstatt von einem Molekül zum anderen gezogen zu werden. Es gibt also kein Dipolmoment. Dies macht das normalerweise sehr reaktive Element Stickstoff in seinem N zu einem fast inerten Gas 2 bilden.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Beachten Sie, dass aufgrund der gemeinsamen Elektronen in der Mitte auf beiden Seiten des Moleküls die gleiche Anzahl von Elektronen und die gleiche elektrische Ladung vorhanden sind. Also N 2 wird kein gutes Lösungsmittel sein.

Kohlendioxid ist bereits ein Lösungsmittel

Kohlendioxid kann auch in flüssiger Form als Lösungsmittel verwendet werden. Im Allgemeinen ist Kohlendioxid eine spezifische Art von Lösungsmittel, die als Lipophil bezeichnet wird . Dies ist im Grunde die Klasse der Substanzen, die sich in Öl lösen, während Hydrophile die Substanzen sind, die sich in Wasser lösen. So wie sich einige Dinge in Alkohol auflösen, aber nicht in Wasser, lösen sich dieselben Dinge im Allgemeinen auch in Kohlendioxid auf.

Kohlendioxid muss nicht überkritisch sein, um ein Lösungsmittel zu sein, aber wenn man es überkritisch macht, erhält es einige zusätzliche nützliche Eigenschaften. Andererseits ist Stickstoff so inert, dass er als Flüssigkeit kein Lösungsmittel ist, sodass es wenig Grund zu der Annahme gibt, dass er als überkritische Flüssigkeit ein Lösungsmittel sein würde.

Es gibt eine interessantere Form von Stickstoff

Die vielleicht interessanteste Stickstoffverbindung aus biochemischer Sicht ist natürlich Ammoniak, das selbst ein Lösungsmittel ist . Ammonium , seine ionische Form, ist ein lipophiles Lösungsmittel wie Kohlendioxid. Seine überkritische Form kann auch als Lösungsmittel verwendet werden . Vielleicht ist also überkritisches Ammoniak oder Ammonium ein besserer Ausgangspunkt.

Wasser ist ein gutes Lösungsmittel für polare und ionische Substanzen, da es polar ist. Und flüssiges CO2 ist ein gutes Lösungsmittel für unpolare Sachen. Aber überkritisches CO2 ist seltsamerweise viel besser darin, Dinge wie polare Proteine ​​​​aufzulösen ... während überkritisches Wasser viel lipophiler wird als flüssiges Wasser! Da ich bereits weiß, dass überkritisches N2 als industrielles Lösungsmittel verwendet werden kann (während flüssiges N2 überhaupt kein sehr gutes Lösungsmittel ist), glaube ich nicht, dass Sie viel nur aus der Tatsache schließen können, dass die Lösungsmitteleigenschaften von Wasser von seinem Dipol stammen Moment, das N2 fehlt.
Überkritisches Ammoniak ist jedoch eine interessante Sache, die man sich ansehen sollte. Es existiert bei viel niedrigeren Drücken, aber viel höheren Temperaturen als entweder ScN2 oder ScCO2. was eine weitere neue Reihe potenzieller außerirdischer Heimatwelten eröffnet ...
@LoganR.Kearsley Ich habe keinen Hinweis auf überkritisches N gefunden 2 als Lösungsmittel. Tatsächlich taucht genau diese Frage auf der ersten Seite einer Google-Suche auf! Sie haben vielleicht Artikel ( hier , hier ) über seine Verwendung bei der Dehydrierung gesehen. Ich bin mir nicht sicher, ob dies als Lösungsmittel gilt.
Ganz zufällig stieß ich zufällig auf „Many Chemistries Could Be Used to Build Living Systems“ von William Bains (Astrobiology Vol. 2 No. 4, 2004); Anscheinend ist flüssiges N2 für die meisten Dinge kein besonders gutes Lösungsmittel, hauptsächlich weil es einfach zu kalt ist (und Kryolösungsmittel im Allgemeinen nicht sehr gut sind) ... außer dass sich Silanole darin wirklich gut auflösen . Und Silane/Silanole sind superreaktiv und instabil bei STP, aber nicht bei LN2-Temperaturen. Scheint, als wären siliziumbasierte Biochemie und LN2-Lösungsmittel füreinander geschaffen!
Nun, das impliziert nicht unbedingt irgendetwas besonders Nützliches über ScN2, aber da nahezu kritische Flüssigkeiten im Allgemeinen dazu neigen, mehr Stoffe aufzulösen als die entsprechenden Flüssigkeiten (insbesondere mit Gasen mischbar), deutet dies darauf hin , dass ScN2 dies auch tun könnte geeignet sein. Die Implikationen von NAPs Limits of Organic Life in Planetary Systems , die sich auf die Arbeit von Bain beziehen, scheinen zu sein, dass es nicht genügend experimentelle Beweise gibt, um LN2 oder ScN2 als Biolösungsmittel auszuschließen, also ist es gut genug für Science-Fiction ....
@LoganR.Kearsley Korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege, aber überkritisches N 2 liegt irgendwo über dem kritischen Punkt, der bei etwa -150 C und 34 bar liegt. So könnten Sie beispielsweise ein überkritisches N haben 2 Flüssigkeit bei Raumtemperatur, was bedeutet, dass die Ausrede „zu kalt“ nicht viel Wasser enthält, da es sich um ein schlechtes Lösungsmittel handelt. Ich bevorzuge meine schwache Quadpol-Erklärung :)
Technisch wahr. Raumtemperatur-ScN2 wäre jedoch ein schlechtes Lösungsmittel, da es im Grunde ein Gas ist, jedoch mit relativ geringer Dichte. Und Gase sind notorisch schlechte Lösungsmittel. :) Überkritische Flüssigkeiten sind nur nahe dem kritischen Punkt oder zumindest nahe der kritischen Temperatur wirklich interessant, wo die Dichten hoch genug und die intermolekularen Wechselwirkungen stark genug sind, dass sie sich nicht nur wie normale Gase verhalten.
Überkritischer Stickstoff als Biolösungsmittel?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v