Введение
Органическое соединение (HOCH2−CHO)
Гликолальдегид — это органическое соединение с формулой HOCH2CHO. Это самая маленькая молекула, содержащая как альдегидную группу (CH2O), так и гидроксильную группу (OH). Это высокореактивная молекула, встречающаяся как в биосфере, так и в межзвездной среде. Обычно поставляется в виде белого твердого вещества. Хотя она соответствует общей формуле углеводов, Cₙ(H₂O)ₙ, она обычно не считается сахаром.
Структура
Гликолальдегид в газообразном состоянии представляет собой простую мономерную структуру. В твердом и расплавленном виде он существует в виде димера. Коллинз и Джордж сообщили об равновесии гликолальдегида в воде, используя ЯМР-спектроскопию. В водном растворе он существует в виде смеси как минимум четырех форм, которые быстро переходят друг в друга. В кислой или щелочной среде соединение подвергается обратимой тавтомеризации с образованием 1,2-дигидроксиэтена. Это единственный возможный диоз, двухуглеродный моносахарид, хотя диоз строго говоря не является сахаридом. Несмотря на то, что это не настоящий сахар, это простейшая молекула, родственная сахарам. Сообщается, что он обладает сладким вкусом.
Синтез
Гликолальдегид является вторым по концентрации соединением, образующимся при получении пиролизного масла (до 10% по массе). Гликолальдегид может быть синтезирован окислением этиленгликоля перекисью водорода в присутствии сульфата железа(II).
Биосинтез
Он может образовываться под действием кетолазы на фруктозо-1,6-бисфосфат в альтернативном пути гликолиза. Это соединение транспортируется тиаминпирофосфатом в ходе пентозофосфатного шунта. При катаболизме пуринов ксантин сначала превращается в урат. Урат, в свою очередь, превращается в 5-гидроксиизоурат, который декарбоксилируется до аллантоина и аллантоиновой кислоты. После гидролиза одной молекулы мочевины образуется гликолуреат. После гидролиза второй молекулы мочевины образуется гликолальдегид. Две молекулы гликолальдегида конденсируются с образованием эритрозо-4-фосфата, который затем снова поступает в пентозофосфатный шунт.
Роль в реакции формозы
Гликолальдегид является промежуточным продуктом в реакции формозы. В ходе реакции формозы две молекулы формальдегида конденсируются с образованием гликолальдегида. Затем гликолальдегид превращается в глицеральдегид, вероятно, посредством первоначальной таутомеризации. Обнаружение гликолальдегида в этой реакции демонстрирует, какую важную роль он мог играть в формировании химических основ жизни. Например, нуклеотиды зависят от реакции формозы для получения сахарного фрагмента. Нуклеотиды необходимы для жизни, поскольку они составляют генетическую информацию и обеспечивают кодирование жизни.
Теоретическая роль в абиогенезе
Его часто упоминают в теориях абиогенеза. В лабораторных условиях он может превращаться в аминокислоты, а короткие дипептиды могли способствовать формированию сложных сахаров. Например, L-валил-L-валин использовался в качестве катализатора для образования тетроз из гликолальдегида. Теоретические расчеты также показали возможность дипептидного катализа синтеза пентоз. Этот процесс продемонстрировал стереоспецифический каталитический синтез D-рибозы, единственного природного энантиомера рибозы. С момента обнаружения этого органического соединения было разработано множество теорий, связанных с различными химическими путями, объясняющими его образование в звездных системах. Было установлено, что УФ-облучение метанольных льдов, содержащих CO, приводит к образованию органических соединений, таких как гликолальдегид и метилформат – более распространенного изомера гликолальдегида. Содержание продуктов незначительно отличается от наблюдаемых значений в IRAS 16293-2422, но это можно объяснить изменениями температуры. Для образования этиленгликоля и гликолальдегида требуются температуры выше 30 К. В астрохимическом сообществе преобладает мнение в пользу гипотезы о реакции на поверхности пылинок. Однако некоторые ученые полагают, что реакция протекает в более плотных и холодных областях ядра. Плотное ядро не допускает облучения, как было указано ранее. Это изменение полностью изменит реакцию образования гликолальдегида.
Формирование в космосе
Различные изученные условия показывают, насколько сложно исследовать химические системы, находящиеся на расстоянии световых лет. Условия формирования гликолальдегида остаются неясными. На данный момент наиболее вероятным местом его образования представляется поверхность льда в космической пыли. Гликолальдегид был обнаружен в газе и пыли вблизи центра галактики Млечный Путь, в области звездообразования на расстоянии 26 000 световых лет от Земли, а также вокруг протозвездной двойной системы IRAS 16293-2422, расположенной в 400 световых годах от Земли. Наблюдение спектров гликолальдегида, поглощаемого в направлении IRAS 16293-2422 на расстоянии 60 а. е., позволяет предположить, что сложные органические молекулы могут формироваться в звездных системах до образования планет и впоследствии попадать на молодые планеты на ранних стадиях их формирования. 23 октября 2015 года исследователи Парижской обсерватории объявили об обнаружении гликолальдегида и этилового спирта на комете Лавджоя – это первая идентификация этих веществ в составе кометы.