Formoosireaktio

Formoosireaktio on kemiallinen reaktio, jossa formaldehydi reagoi emäksisissä olosuhteissa muodostaen hiilihydraatteja. Ensimmäisen kerran reaktion raportoi venäläinen kemisti Aleksandr Butlerov vuonna 1861. Formoosireaktio on tärkeässä osassa elämän alkuperää koskevissa teorioissa ja astrobiologiassa, koska sen välivaiheita esiintyy tähtienvälisessä aineessa.

Reagenssit ja mekanismi
Butlerov havaitsi formaldehydin muodostavan emäksisessä vesiliuoksessa noin 20 eri hiilihydraattia sisältävän seoksen. Reaktiolle mekanismin esitti ensimmäisenä Ronald Breslow. Formaldehydi reagoi kondensaatioreaktiolla emäksisissä olosuhteissa kahdenarvoisen kationin esimerkiksi kalsiumionin läsnä ollessa muodostaen glykolialdehydiä. Glykolialdehydi reagoi näissä olosuhteissa edelleen glyseraldehydiä, joka voi edelleen isomeroitua dihydroksiasetoniksi. Nämä alkoholit reagoivat edelleen muodostaen tetrooseja, pentooseja ja heksooseja. Formoosireaktio on autokatalyyttinen, sillä ensimmäisessä vaiheessa muodostuva glykolialdehydi muodostaa kalsiumionin kanssa kompleksin, joka katalysoi glykolialdehydin muodostumista formaldehydistä. Reaktiotyypiltään formoosireaktion vaiheet ovat aldoliadditioita. Butlerovin raportoimana muodostuu eri sokereiden raseeminen seos, mutta kiraalisten yhdisteiden esimerkiksi L-aminohappojen on havaittu katalysoivat D-konfiguraation omaavien hiilihydraattien muodostumista.

Formoosireaktio ja elämän alkuperä
Formoosireaktio on tärkeä elämän alkuperän kannalta, koska se antaa selityksen hiilihydraattien muodostumiselle yksinkertaisista lähtöaineista. Ongelmana on, että reaktio tarvitsee 1–2 % formaldehydipitoisuuden toimiakseen tehokkaasti ja koska formaldehydi on hyvin reaktiivinen molekyyli on luonnossa tällaisen pitoisuuden saavuttaminen vaikeaa. Toinen ongelma on, että formoosireaktio on epäspesifinen reaktio, joka tuottaa suuren joukon eri hiilihydraatteja, mutta hyvin vähän elämälle tärkeää riboosia, koska riboosi reagoi hyvin helposti muiksi hiilihydraateiksi formaldehydin kanssa. Eräiden boraattimineraalien kuten booraksi ja colemaniitti kuitenkin pysäyttävät formoosireaktion riboosin asteelle. Tämä johtuu siitä, että riboosi muodostaa näiden mineraalien kanssa rengasrakenteisen boraattiesterin, joka ei reagoi eteenpäin formaldehydin kanssa. Formaldehydiä ja glykolialdehydiä on spektroskooppisten tutkimusten perusteella havaittu muun muassa tähtienvälisessä aineessa ja komeetoissa.

Lähteet

Elämän synty
Orgaaniset reaktiot