Arborane
Arborane är en klass av pentacykliska triterpener som består av organiska föreningar med fyra 6-ledade ringar och en 5-ledad ring . Arboranes tros vara härledda från arborinoler, en klass av naturliga cykliska triterpenoider som vanligtvis produceras av blommande växter . Således används arboraner som en biomarkör för angiospermer och cordaiter . Arborane är en stereoisomer av en förening som kallas fernan, den diagenetiska produkten av fernen och fernenol. Eftersom aborinol och fernenol har olika biologiska källor kan förhållandet arboran/fernan i ett prov användas för att rekonstruera ett register över de relativa förekomsterna av olika växter.
Bakgrund
|
|
| Namn | |
|---|---|
|
Systematiskt IUPAC-namn
(3S,3aS,5aS,5bR,7aS,11aR,11bS,13aR,13bS)-3a,5a,8,8,11a,13a-hexametyl-3-propan-2-yl-1,2,3,4, 5,5b,6,7,7a,9,10,11,11b,12,13,13b-hexadekahydrocyklopenta[a]krysen |
|
| Identifierare | |
|
3D-modell ( JSmol )
|
|
|
PubChem CID
|
|
|
|
|
|
| Egenskaper | |
| C30H 52 _ _ | |
| Molar massa | 412,746 g·mol -1 |
|
Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa).
|
|
Arboran, den diagenetiska produkten av arborinol och isoarborinol, är en pentacyklisk triterpen. Isoarborinol isolerades först från Messels oljeskiffer 1969 av Albrecht och Ourisson. Upptäckten av isoarborinolderivat i sedimentära bergarter som föregår de första angiospermerna, särskilt perm och trias sedimentära bergarter , motsäger tidigare kunskap om att växter var den enda biologiska källan för arborinoler. Denna upptäckt antydde att en icke-växtkälla för arborinoler existerade under denna period. Förklaringen bakom uppkomsten av en växthärledd förening i berget perm och trias förblev okänd i nästan tjugo år. För att förstå de biologiska syntesvägarna för arborinoler krävs en kombination av molekylärbiologi och lipidanalys av de diagenetiska produkterna i sediment.
Biologisk produktion
Oxadoskvalencyklas (OSC) är ett enzym som vanligtvis finns i växter som används för att syntetisera arborinol och isoarborinol. OSC tillåter karbokatationsintermediärer som är nödvändiga i cykliseringen av en 30-kol acyklisk isoprenoid som leder till produktionen av isoarborinol. OSC kan producera både pentacykliska och tetracykliska organiska föreningar i växter, men var tidigare känt för att endast producera tetracykliska föreningar i bakterier . Eudoraea adriatica är den första bakterien som är känd för att syntetisera arborinoler. E. adriatica, som utvanns från ytvatten i Adriatiska havet , är den enda kända bakterien som producerar dessa pentacykliska triterpener. Den evolutionära vägen för OSC i bakterier är fortfarande okänd; E. adriatic skiljer sig emellertid från isoarborinolsyntaset som används i växter. Denna fylogenetiska skillnad tyder på att arboraner har producerats genom flera vägar i OSC-familjen.
Mått
Strukturen av isoarborinol klargjordes först med hjälp av röntgenkristallografi . På senare tid används masspektrometri och NMR-spektroskopi för att detektera arboran och dess derivat. Arboran, tillsammans med andra C-5-omättade föreningar, har en bastopp vid m/z 274 och en stark topp vid m/z 259. C-5-omättade föreningar med en isopropylgrupp, som inkluderar både arboran och fernan, har ytterligare en stark topp vid m/z 231 som skiljer den från andra C-5-omättade föreningar. Arborane och fernane har nästan identiska fragmenteringsmönster med något olika förekomster för vissa toppar vilket gör dem svåra att särskilja. En vanlig metod för att differentiera de två stereoisomererna är att använda gaskromatografi- isotopförhållande-masspektrometri. En annan vanlig metod är att mäta de optiska rotationsvärdena .
Bevarande
Arborinol är ganska motsträvigt i sediment och har upptäckts i prover upp till 50 miljoner år gamla. När de begravs i sediment under längre perioder än 50 miljoner år kan både arborinol och isoarborinol förlora den funktionella hydroxylgruppen och omvandlas till arboran under låga temperaturer via en process som kallas diagenes . Under tuffare förhållanden som höga temperaturer, hög surhet eller starkt oxiderande miljöer kan arboran bryta ner ytterligare i en mängd olika produkter inklusive MATH (5-metyl-10(4-metylpentyl) des-A-25-norarbora(ferna)- 5,7,9-trien), MAPH (25-norarbora(ferna)-5,7,9-trien), DAPH 1 (24,25-dinorarbora (ferna)-1,3,5,7,9-pentaen och DAPH 2 (iso-25-norarbora (ferna)-1,3,5,7,9-pentaen). Eftersom arborinol nästan uteslutande produceras av blommande växter, används arboran och dess derivat som en biomarkör för angiospermer . Dessa molekylära fossiler kan ge information om den geografiska fördelningen av växter i början av jorden.
Fallstudie: Saar-Nahe Basin
Kolvätesammansättningen av trettiosju prover av kol som utvinns från borrhål i Saar-Nahe-bassängen i sydvästra Tyskland analyserades i en studie från 1994. Proverna är från övre karbon (360 till 299 mya) eller nedre perm (299 till 251 mya) perioder. Masspektrometri och NMR användes för att identifiera 5-metyl-10-(4-metylpentyl)-des-A-25-norarbora(ferna)-5,7,9-trien (MATH) och 25-norarbora(ferna)-5 ,7,9-trien som de två vanligaste föreningarna. Dessa två kolväten är derivat från isoarborinol och fernener som tros bildas från en 4,5-klyvning efter ett metylskifte i en arboran/fernan-prekursor under starkt sura förhållanden. Resultaten från denna studie tyder på att arboran/fernan-prekursorerna kan ha producerats av högre växter som Pteridospermales och Coniferophytes.
Fallstudie: Europeiska kol och permkol
En studie från 2012 syftade till att koppla klimatmönster till sammansättningarna av organiska ämnen i olika kol- och lakustrinprover i hela Europa från karbon- och permperioderna. Både arboraner och fernaner hittades i prover från Donets Basin ( Kasimovian ), Saar Basin ( Early Stephanian ), Puertollano Basin ( Sen Stephanian ), Autun Basin ( Autunian ) och Buxieres Basin ( Autunian ). Varken detekterades i Visean -proverna från Moskvabassängen eller de moskoviska proverna från Donets- och Saarbassängerna. Förhållandet arboran/fernan är en indikation på cordaiter och eventuellt fröormbunkar ; därför är det maximala i detta förhållande associerat med närvaron av cordaiter och möjligen gymnospermer . Mängden av andra aromatiska och alifatiska föreningar från dessa prover tillsammans med arboran/fernan användes för att föreslå ett rekord för våta och torra cykler i Europa.