טיפול נסיוני לומד השפעות המינרלים על העתקות הידרותרמי אורגני
Summary
הארץ-שפע מינרלים לשחק תפקידים חשובים הידרותרמי המערכות הטבעיות. כאן, אנו מתארים שיטה אמינה וחסכונית עבור חקירה ניסויית של האינטראקציות אורגניות-מינרליים בתנאים הידרותרמי.
Abstract
אורגנית-מינרליים אינטראקציות נרחב מתרחשים בסביבות הידרותרמי, כגון מעיינות חמים, גייזרים ביבשה, וגם האוורור הידרותרמי באוקיינוס העמוק. תפקידים של מינרלים חיוניים רבים הידרותרמי תהליכים גיאוכימיים אורגני. מתודולוגיה הידרותרמי מסורתית, הכוללת באמצעות כורים עשוי זהב, טיטניום, פלטינה או מפלדת, מזוהה בדרך כלל עם עלות גבוהה או תופעות קטליטי מתכת. לאחרונה, יש נטייה גוברת לשימוש חסכוני ואדישה קוורץ או סיליקה fused זכוכית צינורות בניסויים הידרותרמי. כאן, אנו מספקים פרוטוקול אורגני-מינרליים לניסיונות הידרותרמי צינורות סיליקה, נתאר את הצעדים החיוניים הכנת הדוגמא, הגדרת הניסוי, מוצרים ההפרדה, ולאחר ניתוח כמותי. אנחנו גם להדגים ניסוי בעזרת תרכובת אורגנית מודל, nitrobenzene, להראות את ההשפעה של מינרל המכיל ברזל, מגנטיט, על והשפלות שלו תחת תנאי הידרותרמי ספציפי. טכניקה זו ניתן להחיל ללמוד לאינטרקציות מורכבות אורגני-מינרליים הידרותרמי במערכת מעבדה פשוטות יחסית.
Introduction
סביבות הידרותרמי (כלומר, התקשורת מימית טמפרטורה גבוהות ולחץ) הם בכל מקום על פני כדור הארץ. הכימיה הידרותרמי של תרכובות אורגניות ממלא תפקיד חיוני מגוון רחב של הגדרות גיאוכימיים, כגון אגנים משקע אורגני, מאגרי נפט2,1,3הביוספרה עמוק. קרבון טבעי המרות במערכות הידרותרמי מתרחשים לא רק בינוני מימית טהור אלא גם עם חומרים אנאורגניים מומסים או מוצק, כגון כדור הארץ-שפע מינרלים. מינרלים נמצאו להשפיע באופן דרמטי, באופן סלקטיבי את תגובתיות הידרותרמי תרכובות אורגניות שונות,4,1,5 , אבל כיצד לזהות את ההשפעות מינרלים במערכות מורכבות הידרותרמי עדיין נותר כאתגר. מטרתו של מחקר זה היא לספק פרוטוקול נסיוני יחסית פשוטה ללמוד השפעות המינרלים על הידרותרמי תגובות אורגני.
המחקרים במעבדה של תגובות הידרותרמי להשתמש באופן מסורתי כורים חזקים עשויות זהב, טיטניום או נירוסטה6,7,8,9. לדוגמה, שקיות זהב או כמוסות בחיוב שימשו, בגלל גולד הוא גמיש, היא מאפשרת את הלחץ הדגימה להיות נשלט על ידי מתאים לחץ מים חיצונית, אשר מונע יצירת שלב אדים בתוך המדגם. עם זאת, הכורים האלה יקרים, יכולה להיות קשורה אפקטים קטליטי מתכת פוטנציאליים10. לכן, זה הכרחי כדי למצוא שיטה חלופית עם עלות נמוכה אבל גבוהה אמינות עבור ניסויים הידרותרמי אלו.
בשנים האחרונות, התגובה צינורות זכוכית קוורץ או סיליקה fused הוחלו בתדירות גבוהה יותר על ניסויים הידרותרמי11,12,13. לעומת זהב יקר או טיטניום, זכוכית קוורץ או סיליקה הוא זול אבל גם החומר חזק. וחשוב מכך, קוורץ צינורות הראו אפקטים קטליטי קטן, יכול להיות גם אינרטי כמו זהב עבור תגובות הידרותרמי11,14. ב פרוטוקול זה, אנו מתארים שיטה כללית עבור ניסויים בקנה מידה קטן הידרותרמי אורגני-מינרליים צינורות בעובי דופן סיליקה. אנו מציגים את הניסוי דוגמה באמצעות תרכובת מודל (קרי: nitrobenzene), בהעדר הנוכחות/מינרל תחמוצת ברזל (קרי, מגנטיט) בפתרון הידרותרמי 150 ° C, כדי להראות את אפקט מינרליים, כמו גם כדי להדגים יעילותה של שיטה זו.
Protocol
Representative Results
Discussion
במחקר זה, השתמשנו nitrobenzene עם מגנטיט המינרל כדוגמה כדי להדגים כיצד להעריך השפעות המינרלים על הידרותרמי תגובות אורגני. למרות הניסויים מתבצעים צינורות זכוכית קטנים סיליקה, התוצאות מאוד לשחזור שנצפו בניסויים מגנטיט, קרי, 30.3 ± 1.4% nitrobenzene גיור, שמצביע על היעילות והאמינות של זה פרוטוקול הידר?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים הקבוצה H.O.G. באוניברסיטת אריזונה לפיתוח מתודולוגיה הראשונית של הניסויים הידרותרמי ולאחר בפרט, אנו מודים גולד א, אי הלם, ויליאמס, Glein ג, ה הארטנט, ק’ Fecteau, ק’ רובינסון ו ג Bockisch, על שלהם הדרכה וסיוע מועיל. צ ‘ יאנג ואת X. Fu במימון קרנות הפעלה מאוניברסיטת אוקלנד צ ‘ יאנג.
Materials
| Chemicals: | |||
| Dichloromethane | VWR | BDH23373.400 | |
| Dodecane | Sigma-Aldrich | 297879 | |
| Nitrobenzene | Sigma-Aldrich | 252379 | |
| Fe2O3 | Sigma-Aldrich | 310050 | |
| Fe3O4 | Sigma-Aldrich | 637106 | |
| Supplies: | |||
| Silica tube | |||
| Vacuum pump | WELCH | 2546B-01 | |
| Vacuum line | |||
| Oven | Hewlett Packard | 5890 | |
| Thermocouple | BENETECH | GM1312 | |
| Gas chromatography | Agilent | 7820A |
References
- Yang, Z., Gould, I. R., Williams, L. B., Hartnett, H. E., Shock, E. L. Effects of iron-containing minerals on hydrothermal reactions of ketones. Geochimica et Cosmochimica Acta. 223, 107-126 (2018).
- Seewald, J. S. Organic-inorganic interactions in petroleum-producing sedimentary basins. Nature. 426 (6964), 327-333 (2003).
- Sogin, M. L., et al. Microbial diversity in the deep sea and the underexplored “rare biosphere”. Proceedings of the National Academy of Sciences. 103 (32), 12115 (2006).
- McCollom, T. M. Laboratory Simulations of Abiotic Hydrocarbon Formation in Earth’s Deep Subsurface. Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 75 (1), 467-494 (2013).
- Foustoukos, D. I., Seyfried, W. E. Hydrocarbons in Hydrothermal Vent Fluids: The Role of Chromium-Bearing Catalysts. Science. 304 (5673), 1002 (2004).
- Bell, J. L. S., Palmer, D. A., Pittman, E. D., Lewan, M. D. 10.1007/978-3-642-78356-2_9. Organic Acids in Geological Processes. , 226-269 (1994).
- Palmer, D. A., Drummond, S. E. Thermal decarboxylation of acetate. Part I. The kinetics and mechanism of reaction in aqueous solution. Geochimica et Cosmochimica Acta. 50 (5), 813-823 (1986).
- Yang, Z., Gould, I. R., Williams, L. B., Hartnett, H. E., Shock, E. L. The central role of ketones in reversible and irreversible hydrothermal organic functional group transformations. Geochimica et Cosmochimica Acta. 98, 48-65 (2012).
- McCollom, T. M., Ritter, G., Simoneit, B. R. T. Lipid Synthesis Under Hydrothermal Conditions by Fischer- Tropsch-Type Reactions. Origins of life and evolution of the biosphere. 29 (2), 153-166 (1999).
- Bell, J. L. S., Palmer, D. A., Barnes, H. L., Drummond, S. E. Thermal decomposition of acetate: III. Catalysis by mineral surfaces. Geochimica et Cosmochimica Acta. 58 (19), 4155-4177 (1994).
- Yang, Z., et al. Hydrothermal Photochemistry as a Mechanistic Tool in Organic Geochemistry: The Chemistry of Dibenzyl Ketone. The Journal of Organic Chemistry. 79 (17), 7861-7871 (2014).
- Yang, Z., Hartnett, H. E., Shock, E. L., Gould, I. R. Organic Oxidations Using Geomimicry. The Journal of Organic Chemistry. 80 (24), 12159-12165 (2015).
- Venturi, S., et al. Mineral-assisted production of benzene under hydrothermal conditions: Insights from experimental studies on C6 cyclic hydrocarbons. Journal of Volcanology and Geothermal Research. 346, 21-27 (2017).
- Lemke, K. H., Rosenbauer, R. J., Bird, D. K. Peptide Synthesis in Early Earth Hydrothermal Systems. Astrobiology. 9 (2), 141-146 (2009).
- Byrappa, K., Yoshimura, M. . Handbook of Hydrothermal Technology. , (2001).
- Johnson, J. W., Oelkers, E. H., Helgeson, H. C. SUPCRT92: A software package for calculating the standard molal thermodynamic properties of minerals, gases, aqueous species, and reactions from 1 to 5000 bar and 0 to 1000°C. Computers & Geosciences. 18 (7), 899-947 (1992).
