On the role of hexamethylenetetramine through the molecular evolution from molecular clouds to the solar system

• Project Area: Next Generation Astrochemistry: Reconstruction of the Science Based on Fundamental Molecular Processes
• Project/Area Number: 21H05414
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (II)
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 大場 康弘 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (00507535)
• Project Period (FY): 2021-09-10 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2022: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: ヘキサメチレンテトラミン / 化学進化 / 星間分子雲 / 隕石母天体 / HMT / 光化学反応 / アミノ酸 / 炭素質隕石 / 分子進化

Outline of Research at the Start

炭素質隕石にはアミノ酸や糖類など，種々の有機化合物が存在することがよく知られている。しかし，それらを生成する“材料”に関する情報が乏しい。本研究では，様々な隕石中有機化合物の前駆体として期待されるヘキサメチレンテトラミン（HMT）に焦点を当て，実験室内で宇宙環境を模擬したHMT生成・変化実験，および地球外物質分析によるHMT存在量の多様性の検証をおこなう。得られる結果を総合的に解析し，太陽系での有機分子生成のスタート物質に制約条件を与えるとともに，HMTを中心とした，宇宙における統一的な分子進化モデルの構築を試みる。

Outline of Annual Research Achievements

水，一酸化炭素，アンモニア，メタノールなどからなる混合氷に真空紫外光を照射すると，ヘキサメチレンテトラミン（HMT)を含む複雑有機物が生成することが知られていた。本研究では，炭素源をメタノールと二酸化炭素のみに限定して同様の実験をおこない，HMT生成量の違いを見積もった。HMTはメタノールを炭素源としたときに卓越して生成し，二酸化炭素を炭素源としたときにはその生成が著しく抑制された。これは，HMTの前駆体の一つと考えられるホルムアルデヒド生成が，メタノールを炭素源としたときのほうが有利だったためと考えられる。
小惑星探査機「はやぶさ2」によって回収された炭素質小惑星リュウグウ試料からHMT検出を試みた。リュウグウ試料から抽出した成分を液体クロマトグラフ―オービトラップ型超高分解能質量分析計で分析した。しかし残念ながら，メタノールやジクロロメタン抽出物，および熱水抽出物中にHMTは検出されなかった。その可能性としては，リュウグウ上での熱水プロセスによって分解した，あるいは実験操作中に分解してしまった可能性が示唆された。前者の場合，HMTは100℃以上の熱水活動で容易に分解するため，小惑星リュウグウはある程度の熱水プロセスを経験したといえる。これは，無機成分分析結果等と調和的であった。
HMT標準試薬水溶液をケイ酸塩微粒子とともに140℃で加熱して，分解生成物を検証した。分解生成物から，ニコチン酸（ナイアシン）が検出された。リュウグウ試料からもニコチン酸が検出されており，小惑星リュウグウ上での熱水反応によってHMTが分解し，ニコチン酸を生成したという反応経路が提唱された。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] NASA(米国)
• [Int'l Joint Research] グルノーブル大(フランス)
• [Int'l Joint Research] コロンボ大(スリランカ)
• [Journal Article] Surface Reaction of Methyl Mercaptan (CH₃SH) with Hydrogen Atoms on Amorphous Solid Water (2023)
  • Author(s): Nguyen Thanh、Oba Yasuhiro、Sameera W. M. C.、Furuya Kenji、Kouchi Akira、Watanabe Naoki
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 944 Issue: 2 Pages: 219-219
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acafde
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Soluble organic molecules in samples of the carbonaceous asteroid (162173) Ryugu (2023)
  • Author(s): Naraoka Hiroshi、Takano Yoshinori、Dworkin Jason P.、Oba Yasuhiro、Hamase Kenji、Furusho Aogu、Ogawa Nanako O.、Hashiguchi Minako、Fukushima Kazuhiko、Aoki Dan ... Yabuta Hikaru ... et al.
  • Journal Title: Science Volume: 379 Issue: 6634 Pages: 9033-9033
  • DOI: 10.1126/science.abn9033
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Uracil in the carbonaceous asteroid (162173) Ryugu (2023)
  • Author(s): Oba Yasuhiro、Koga Toshiki、Takano Yoshinori、Ogawa Nanako O.、Ohkouchi Naohiko、Sasaki Kazunori、Sato Hajime、Glavin Daniel P.、Dworkin Jason P. ... Yabuta Hikaru ... Hayabusa2-initial-analysis SOM team
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Issue: 1 Pages: 1292-1292
  • DOI: 10.1038/s41467-023-36904-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identifying the wide diversity of extraterrestrial purine and pyrimidine nucleobases in carbonaceous meteorites (2022)
  • Author(s): Oba Yasuhiro、Takano Yoshinori、Furukawa Yoshihiro、Koga Toshiki、Glavin Daniel P.、Dworkin Jason P.、Naraoka Hiroshi
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Issue: 1 Pages: 2008-2008
  • DOI: 10.1038/s41467-022-29612-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Diffusion Activation Energy and Desorption Activation Energy for Astrochemically Relevant Species on Water Ice Show No Clear Relation (2022)
  • Author(s): Furuya Kenji、Hama Tetsuya、Oba Yasuhiro、Kouchi Akira、Watanabe Naoki、Aikawa Yuri
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 933 Issue: 1 Pages: L16-L16
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ac78e9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hydrogen abstraction reactions in formic and thioformic acid isomers by hydrogen and deuterium atoms (2022)
  • Author(s): Molpeceres G.、Jimnez-Serra I.、Oba Y.、Nguyen T.、Watanabe N.、de la Concepcion J. Garcia、Mate B.、Oliveira R.、Kastner J.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 663 Pages: A41-A41
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202243366
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] FAUST V. Hot methanol in the [BHB2007] 11 protobinary system; hot corino versus shock origin (2022)
  • Author(s): Vastel C.、Alves F.、Ceccarelli C.、Bouvier M.、Jimenez-Serra I.、Sakai T.、Caselli P.、Evans L.、Fontani F.、Le Gal R.、Chandler C. J.、Svoboda B.、Maud L.、Codella C.、Sakai N.、Lopez-Sepulcre A.、Moellenbrock G.、Hanawa T.、Yamamoto S. et al.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 664 Pages: A171-A171
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202243414
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Maleimide index: a paleo-redox index based on fragmented fossil-chlorophylls obtained by chromic acid oxidation (2022)
  • Author(s): Asahina Kenta、Takahashi Satoshi、Saito Ryosuke、Kaiho Kunio、Oba Yasuhiro
  • Journal Title: RSC Advances Volume: 12 Issue: 48 Pages: 31061-31067
  • DOI: 10.1039/d2ra04702k
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Efficient formation pathway of methyl formate: The role of OH radicals on ice dust (2021)
  • Author(s): Ishibashi Atsuki、Hidaka Hiroshi、Oba Yasuhiro、Kouchi Akira、Watanabe Naoki
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 921 Issue: 1 Pages: L13-L13
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ac3005
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Successive H-atom Addition to Solid OCS on Compact Amorphous Solid Water (2021)
  • Author(s): Nguyen Thanh、Oba Yasuhiro、Sameera W. M. C.、Kouchi Akira、Watanabe Naoki
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 922 Issue: 2 Pages: 146-146
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac2238
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 化学進化における ヘキサメチレンテトラミンの役割 ―小惑星リュウグウの場合― (2023)
  • Author(s): 大場康弘
  • Organizer: Next Generation Astrochemistry 第3回領域全体集会
• [Presentation] Nucleobases in Carbonaceous Meteorites and Returned Samples from Asteroid (162173) Ryugu (2023)
  • Author(s): Yasuhiro Oba et al.
  • Organizer: Solar System Symposium in Sapporo 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] SEARCH FOR PRIMORDIAL NITROGEN-HETEROCYCLES OF ASTROCHEMICAL INTEREST IN THE AQUEOUS EXTRACTS FROM THE ASTEROID (162173) RYUGU AND ORGUEIL CI-METEORITE. (2023)
  • Author(s): Yasuhiro Oba et al.
  • Organizer: LPSC2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Diversity of Nitrogen Heterocyclic Molecules in the Sample Returned from Asteroid Ryugu (2022)
  • Author(s): Toshiki Koga, Yasuhiro Oba, Yoshinori Takano, Jason P. Dworking, Hiroshi Naraoka, Hayabusa2 SOM team, Hayabusa2 Initial Analysis Core
  • Organizer: AbSciCon2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Wide Diversity of Pyrimidine Nucleobases in Carbonaceous Meteorites (2022)
  • Author(s): Yasuhiro Oba, Yoshinori Takano, Yoshihiro Furukawa, Toshiki Koga, Daniel P. Glavin, Jason P. Dworkin, Hiroshi Naraoka
  • Organizer: AbSciCon2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nucleobases in space: insights from meteorite analyses and laboratory experiments (2022)
  • Author(s): 大場康弘
  • Organizer: 計算アストロバイオジー2022
  • Invited
• [Presentation] Nitrogen heterocyclic molecules in the asteroid (162173) Ryugu and CI chondrite Orgueil (2022)
  • Author(s): Yasuhiro Oba et al.
  • Organizer: Symposium on Next Generation Astrochemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Experimental studies on the surface reaction of atomic hydrogen with “exotic molecules” at low temperatures (2021)
  • Author(s): Oba, Yasuhiro
  • Organizer: Pacifichem2021
  • Int'l Joint Research / Invited