Сверхкритический азот как биорастворитель?

Сверхкритический CO2 был предложен в качестве потенциального альтернативного биорастворителя , заменяющего воду, при высоких давлениях и умеренно повышенных температурах.

А как же сверхкритический N2? ScCO2 является промышленно используемым растворителем для органической химии, поэтому было проведено немало исследований, касающихся его пригодности в качестве биорастворителя, но найти соответствующую информацию об азоте, по-видимому, значительно сложнее. По-видимому, он полезен в качестве растворителя для некоторых процессов сушки и очистки — что и вызвало мое любопытство — но, похоже, не хватает информации о том, как именно он ведет себя с различными сложными органическими молекулами (такими как, например, белки, нуклеиновые кислоты, липиды и др.).

Критическая точка азота возникает при значительно более низком давлении, чем у CO2, и при криогенных температурах, и поэтому откроется совершенно другой диапазон интересных инопланетных миров, с которыми можно поиграть.

Ответы (1)

Вода является хорошим растворителем из-за дипольного момента.

введите описание изображения здесь

Вода является хорошим растворителем , потому что она имеет чередующиеся положительные и отрицательные заряды по обе стороны своей молекулярной структуры. Сильно электроотрицательный атом кислорода притягивает к себе электрон от водорода, вызывая более отрицательный заряд на стороне атома кислорода. Это называется водородной связью . Из-за угла между атомами водорода, когда они связаны, это также создает направление, в котором имеется более положительный заряд из-за двух атомов водорода. Это называется дипольным моментом .

Азот более симметричен.

Двухатомный азот (N 2 ), с другой стороны, имеет прочную ковалентную тройную связь . Связь «короткая» в том смысле, что атомы тесно связаны. Из-за природы ковалентной связи , особенно такой сильной и короткой, как эта тройная связь, электроны разделяются, а не перетаскиваются от одной молекулы к другой. Таким образом, дипольный момент отсутствует. Фактически, это превращает обычно очень реактивный элемент азота в почти инертный газ в его N 2 форма.

введите описание изображения здесь

Обратите внимание, что из-за общих электронов в середине имеется равное количество электронов и эквивалентный электрический заряд с обеих сторон молекулы. Таким образом, Н 2 не будет хорошим растворителем.

Углекислый газ уже является растворителем

Углекислый газ также можно использовать в качестве растворителя в жидкой форме. В общем, углекислый газ представляет собой особый вид растворителя, называемый липофилом . В основном это класс веществ, растворяющихся в масле, тогда как гидрофилы — это вещества, растворяющиеся в воде. Точно так же, как некоторые вещества растворяются в спирте, но не в воде, те же самые вещества обычно растворяются и в углекислом газе.

Углекислый газ не обязательно должен быть сверхкритическим, чтобы быть растворителем, но сверхкритическое состояние придает ему некоторые дополнительные полезные свойства. С другой стороны, азот настолько инертен, что не является растворителем в жидком виде, поэтому мало оснований полагать, что он будет растворителем в сверхкритической жидкости.

Есть более интересная форма азота

Конечно, едва ли не самым интересным соединением азота с точки зрения биохимии является аммиак, который сам по себе является растворителем . Аммоний , его ионная форма является липофильным растворителем, таким как углекислый газ. Его сверхкритическая форма также может быть использована в качестве растворителя . Так что, возможно, лучше начать со сверхкритического аммиака или аммония.

Вода является хорошим растворителем для полярных и ионных веществ , потому что она полярна. А жидкий CO2 — хороший растворитель для неполярных веществ. Но сверхкритический CO2 странно намного лучше растворяет такие вещи, как полярные белки... в то время как сверхкритическая вода становится гораздо более липофильной, чем жидкая вода! Итак, учитывая, что я уже знаю, что сверхкритический N2 можно использовать в качестве промышленного растворителя (в то время как жидкий N2 вообще не очень хороший растворитель), я не думаю, что вы можете делать какие-либо выводы только из того факта, что свойства растворителя воды обусловлены ее дипольными свойствами. момент, которого нет у N2.
Тем не менее, на сверхкритический аммиак интересно посмотреть. Он существует при гораздо более низких давлениях, но гораздо более высоких температурах, чем ScN2 или ScCO2. который открывает еще один новый диапазон потенциальных инопланетных родных миров....
@LoganR.Kearsley Я не нашел упоминаний о сверхкритическом N. 2 как растворитель. На самом деле, именно эти вопросы всплывают на первой странице поиска в гугле! Возможно, вы видели статьи ( здесь , здесь ) о его использовании в дегидрировании. Я не совсем уверен, что это считается растворителем.
Совершенно случайно я наткнулся на «Многие химические вещества, которые можно использовать для создания живых систем» Уильяма Бейнса (Астробиология, том 2, № 4, 2004 г.); по-видимому, жидкий N2 не является особенно хорошим растворителем для большинства вещей, в основном потому, что он слишком холодный (и криорастворители в целом не очень хороши) ... за исключением того, что силанолы растворяются в нем очень хорошо . А силаны/силанолы сверхреактивны и нестабильны при температуре STP, но не при температурах LN2. Похоже, биохимия на основе кремния и растворитель LN2 созданы друг для друга!
Теперь это не обязательно означает что-то особенно полезное в ScN2, но поскольку почти критические флюиды имеют общую тенденцию растворять больше вещества, чем соответствующие жидкости (в частности, смешиваются с газами), это предполагает , что ScN2 может также быть пригодным. Последствия NAPs Limits of Organic Life in Planetary Systems , которые ссылаются на работу Бэйна, похоже, заключаются в том, что недостаточно экспериментальных данных, чтобы исключить LN2 или ScN2 как биорастворитель, так что это достаточно хорошо для научной фантастики....
@LoganR.Kearsley Поправьте меня, если я ошибаюсь, но сверхкритично N 2 находится где-то выше критической точки, которая составляет около -150 ° C и 34 бар. Так, например, у вас может быть сверхкритическое N 2 жидкость при комнатной температуре, а это означает, что оправдание «слишком холодный» не выдерживает никакой критики, поскольку это плохой растворитель. Я предпочитаю свое слабое квадропольное объяснение :)
Технически верно. Однако ScN2 при комнатной температуре был бы плохим растворителем, поскольку он в основном представляет собой газ с относительно низкой плотностью. А газы, как известно, плохие растворители. :) Сверхкритические жидкости действительно интересны только вблизи критической точки или, по крайней мере, вблизи критической температуры, где плотности достаточно высоки, а межмолекулярные взаимодействия достаточно сильны, чтобы они не вели себя как обычные газы.
Сверхкритический азот как биорастворитель?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 2v