Name: an experimental protocol for studying mineral effects on organic hydrothermal transformations
Uploaded: 2018-08-08T15:00:00
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Nous remercions le groupe H.O.G. à Arizona State University pour l’élaboration de la méthodologie initiale de ces expériences hydrothermales, et en particulier, nous remercions I. Gould, E. choc, L. Williams, C. Gravey, H. Hartnett, K. Fecteau, K. Robinson et C. BockischAlthistorikerin, pour leur conseils et assistance utile. Z. Yang et X. Fu ont été financées par des fonds de démarrage d’Oakland University à Z. Yang.

1. préparation des échantillons pour expérience hydrothermale
<ol><li>Choisissez la taille des tubes verre quartz ou silice, par exemple, 2 mm de diamètre intérieur (ID) x 6 mm de diamètre extérieur (OD) ou 6 mm ID x 12 mm OD et déterminer les quantités de composés organiques et minéraux à utiliser. Dans cet ouvrage, les quantités de nitrobenzène et magnétite (Fe3O4) à charger dans le tube de silice (p. ex., 2 mm ID x 6 mm OD) sont 3,0 µL et 13,9 mg, respectiveme...

<ol>
	<li>Yang, Z., Gould, I. R., Williams, L. B., Hartnett, H. E., Shock, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+iron-containing+minerals+on+hydrothermal+reactions+of+ketones.">Effects of iron-containing minerals on hydrothermal reactions of ketones.</a> Geochimica et Cosmochimica Acta. 223, 107-126 (2018).</li><li>Seewald, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organic-inorganic+interactions+in+petroleum-producing+sedimentary+basins.">Organic-inorganic interactions in petroleum-producing sedimentary basins.</a> Nature. 426 (6964), 327-333 (2003).</li><li>Sogin, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microbial+diversity+in+the+deep+sea+and+the+underexplored+"rare+biosphere".">Microbial diversity in the deep sea and the underexplored "rare biosphere".</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 103 (32), 12115 (2006).</li><li>McCollom, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laboratory+Simulations+of+Abiotic+Hydrocarbon+Formation+in+Earth's+Deep+Subsurface.">Laboratory Simulations of Abiotic Hydrocarbon Formation in Earth's Deep Subsurface.</a> Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 75 (1), 467-494 (2013).</li><li>Foustoukos, D. I., Seyfried, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrocarbons+in+Hydrothermal+Vent+Fluids:+The+Role+of+Chromium-Bearing+Catalysts.">Hydrocarbons in Hydrothermal Vent Fluids: The Role of Chromium-Bearing Catalysts.</a> Science. 304 (5673), 1002 (2004).</li><li>Bell, J. L. S., Palmer, D. A., Pittman, E. D., Lewan, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=10.1007/978-3-642-78356-2_9.">10.1007/978-3-642-78356-2_9.</a> Organic Acids in Geological Processes. , 226-269 (1994).</li><li>Palmer, D. A., Drummond, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+decarboxylation+of+acetate.+Part+I.+The+kinetics+and+mechanism+of+reaction+in+aqueous+solution.">Thermal decarboxylation of acetate. Part I. The kinetics and mechanism of reaction in aqueous solution.</a> Geochimica et Cosmochimica Acta. 50 (5), 813-823 (1986).</li><li>Yang, Z., Gould, I. R., Williams, L. B., Hartnett, H. E., Shock, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+central+role+of+ketones+in+reversible+and+irreversible+hydrothermal+organic+functional+group+transformations.">The central role of ketones in reversible and irreversible hydrothermal organic functional group transformations.</a> Geochimica et Cosmochimica Acta. 98, 48-65 (2012).</li><li>McCollom, T. M., Ritter, G., Simoneit, B. R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lipid+Synthesis+Under+Hydrothermal+Conditions+by+Fischer-+Tropsch-Type+Reactions.">Lipid Synthesis Under Hydrothermal Conditions by Fischer- Tropsch-Type Reactions.</a> Origins of life and evolution of the biosphere. 29 (2), 153-166 (1999).</li><li>Bell, J. L. S., Palmer, D. A., Barnes, H. L., Drummond, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+decomposition+of+acetate:+III.+Catalysis+by+mineral+surfaces.">Thermal decomposition of acetate: III. Catalysis by mineral surfaces.</a> Geochimica et Cosmochimica Acta. 58 (19), 4155-4177 (1994).</li><li>Yang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrothermal+Photochemistry+as+a+Mechanistic+Tool+in+Organic+Geochemistry:+The+Chemistry+of+Dibenzyl+Ketone.">Hydrothermal Photochemistry as a Mechanistic Tool in Organic Geochemistry: The Chemistry of Dibenzyl Ketone.</a> The Journal of Organic Chemistry. 79 (17), 7861-7871 (2014).</li><li>Yang, Z., Hartnett, H. E., Shock, E. L., Gould, I. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organic+Oxidations+Using+Geomimicry.">Organic Oxidations Using Geomimicry.</a> The Journal of Organic Chemistry. 80 (24), 12159-12165 (2015).</li><li>Venturi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mineral-assisted+production+of+benzene+under+hydrothermal+conditions:+Insights+from+experimental+studies+on+C6+cyclic+hydrocarbons.">Mineral-assisted production of benzene under hydrothermal conditions: Insights from experimental studies on C6 cyclic hydrocarbons.</a> Journal of Volcanology and Geothermal Research. 346, 21-27 (2017).</li><li>Lemke, K. H., Rosenbauer, R. J., Bird, D. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Peptide+Synthesis+in+Early+Earth+Hydrothermal+Systems.">Peptide Synthesis in Early Earth Hydrothermal Systems.</a> Astrobiology. 9 (2), 141-146 (2009).</li><li>Byrappa, K., Yoshimura, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of Hydrothermal Technology. , (2001).</li><li>Johnson, J. W., Oelkers, E. H., Helgeson, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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&#176;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&#176;C.</a> Computers &amp; Geosciences. 18 (7), 899-947 (1992).</li></ol>

Dans cette étude, nous avons utilisé nitrobenzène avec minérale magnétite à titre d’exemple pour montrer comment évaluer les effets minéraux hydrothermaux réactions organiques. Bien que les expériences sont réalisées en tubes de verre de silice petit, des résultats très reproductibles sont observés dans les expériences de la magnétite, soit 30,3 ± 1,4 % en conversion de nitrobenzène, qui suggère l’efficacité et la fiabilité de ce Protocole de hydrothermale. Dans les expériences non min...

Environnements hydrothermaux (c.-à-d., aqueux à températures et pressions élevées) sont très répandus sur la terre. La chimie hydrothermale de composés organiques joue un rôle essentiel dans un large éventail de paramètres géochimiques, tels que les bassins sédimentaires organiques, réservoirs de pétrole et la biosphère profonde1,2,3. Transformations de carbone organique dans les systèmes hydrothermaux se produisent non seulement en milieu aqueux pur mais aussi avec des substances inorganiques dissous ou solides, telles que les minéraux abondants-terre. Minéraux ont considérablement et de façon sélective influencent la réactivité hydrothermale de divers composés organiques,1,4,5 mais comment identifier les effets minéraux dans des systèmes hydrothermaux complexes reste encore comme un défi. L’objectif de cette étude est de fournir un plan expérimental relativement simple pour l’étude des effets minéraux hydrothermaux réactions organiques.
Les études de laboratoire des réactions hydrothermales utilisent traditionnellement des réacteurs robustes qui sont constitués d’or, titane ou acier inoxydable6,7,8,9. Par exemple, sacs d’or ou de capsules ont été favorablement utilisés, parce que l’or est souple et il permet à la pression d’échantillon est contrôlé par mise sous pression de l’eau à l’extérieur, qui évite de générer une phase vapeur à l’intérieur de l’échantillon. Cependant, ces réacteurs sont coûteux et peuvent être associés aux potentiels effets catalytiques métalliques10. Par conséquent, il est impératif de trouver une méthode alternative à faible coût mais haute fiabilité pour ces expériences hydrothermales.
Ces dernières années, des tubes de réaction en verre de quartz ou silice fondus ont été plus fréquemment appliquées à expériences hydrothermales11,12,13. Par rapport à l’or précieux ou en titane, verre de quartz ou silice est considérablement moins cher mais aussi le matériau résistant. Plus important encore, les tubes quartz ont montré des effets catalytiques peu et peut être aussi inertes que l’or pour les réactions hydrothermal11,14. Dans ce protocole, nous décrivons une méthode générale pour mener des expériences organiques et minéraux hydrothermaux à petite échelle dans des tubes à parois épaisses de silice. Nous présentons une expérience d’exemple à l’aide d’un modèle composé (c.-à-d., le nitrobenzène) en la présence ou l’absence d’un minerai d’oxyde de fer (c.-à-d., magnétite) dans une solution hydrothermale de 150 ° C, afin de montrer l’effet minéral, aussi bien quant à démontrer la efficacité de cette méthode.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Chemicals:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichloromethane</td>
			<td>VWR</td>
			<td>BDH23373.400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dodecane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>297879</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrobenzene</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>252379</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fe2O3</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>310050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fe3O4</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>637106</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Supplies:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silica tube</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum pump</td>
			<td>WELCH</td>
			<td>2546B-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum line</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oven</td>
			<td>Hewlett Packard</td>
			<td>5890</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermocouple</td>
			<td>BENETECH</td>
			<td>GM1312</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas chromatography</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>7820A</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an experimental protocol for studying mineral effects on organic hydrothermal transformations

Bio-minéral interactions surviennent largement dans des environnements hydrothermaux, tels que les sources chaudes, geysers sur terre et les cheminées hydrothermales dans l’océan profond. Rôles des minéraux sont essentiels dans de nombreux processus géochimiques organiques hydrothermales. La méthode hydrothermale traditionnelle, qui inclut l’utilisation de réacteurs en or, titane, platine ou inox, est généralement associée à la cherté ou indésirables effets catalytiques métalliques. Récemment, il y a une tendance croissante pour l’utilisation des tubes verre rentables et inertes de quartz ou silice fondus dans des expériences hydrothermales. Ici, nous fournissons un protocole pour entreprendre des expériences hydrothermales organiques et minéraux dans des tubes de silice, et nous décrivons les étapes essentielles dans la préparation des échantillons, montage expérimental, produits séparation et analyse quantitative. Nous démontrons également une expérience à l’aide d’un composé organique de modèle, nitrobenzène, pour montrer l’effet d’un minéral contenant du fer, la magnétite, sur sa dégradation sous une condition spécifique hydrothermale. Cette technique peut être appliquée à l’étude des interactions complexes organiques et minéraux hydrothermale dans un système de laboratoire relativement simple.

Pour montrer comment utiliser cette approche pour étudier les interactions de bio-minéraux hydrothermale, une expérience simple en utilisant un modèle composé, nitrobenzène, a été menée avec minérale magnétite (Fe3O4) à une condition hydrothermale de 150 ° C et 5 barres pendant 2 h. Pour afficher l’effet minéral, une expérience du nitrobenzène sans minérale a également été effectuée dans les mêmes conditions hydrothermales. Comme le montre <st...

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An Experimental Protocol for Studying Mineral Effects on Organic Hydrothermal Transformations

Terre-abondant minéraux joue des rôles importants dans les systèmes hydrothermaux naturels. Nous décrivons ici une méthode fiable et rentable pour l’étude expérimentale des interactions biologiques et minéraux dans des conditions hydrothermiques.

Un protocole expérimental pour l’étude des effets minéraux sur les Transformations hydrothermiques organiques

Organic-mineral interactions are widely occurring in hydrothermal environments, such as hot springs, geysers on land, and the hydrothermal vents in the ...

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