Os químicos alcançaram o que muitos antes consideravam impossível ao estabilizar uma molécula extremamente reativa na água, confirmando uma teoria de 67 anos sobre a vitamina B1. A descoberta não só resolve um enigma bioquímico de longa data, mas também aponta para métodos mais limpos e eficientes de produção de produtos farmacêuticos.
No centro da descoberta está um carbeno, uma forma de carbono com apenas seis elétrons de valência. Em condições normais, os átomos de carbono são mais estáveis com oito elétrons. Com apenas seis, os carbenos são altamente instáveis e reagem quase instantaneamente com o ambiente. Na água, eles normalmente se decompõem imediatamente.
Durante décadas, os cientistas acreditaram que a vitamina B1, também conhecida como tiamina, poderia formar brevemente uma estrutura semelhante ao carbeno dentro das células para ajudar a impulsionar reações bioquímicas essenciais. No entanto, devido à extrema instabilidade da molécula, ninguém conseguiu observá-la diretamente nessas condições.
Primeiro carbeno estável observado na água
Os pesquisadores conseguiram agora criar um carbeno que permanece estável na água. Eles não apenas o geraram, mas também o isolaram, selaram-no em um tubo e observaram-no permanecer intacto durante meses. As descobertas são detalhadas em um estudo publicado na Science Advances.
“Esta é a primeira vez que alguém consegue observar um carbeno estável na água”, disse Vincent Lavallo, professor de química na UC Riverside e autor correspondente do artigo. “As pessoas acharam que era uma ideia maluca. Mas acontece que Breslow estava certo.”
Uma hipótese de 1958 finalmente confirmada
Lavallo está se referindo a Ronald Breslow, um químico da Universidade de Columbia que propôs em 1958 que a vitamina B1 poderia se transformar em carbeno para permitir reações bioquímicas importantes. Embora a ideia fosse influente, ela não foi comprovada porque os carbenos eram conhecidos por serem muito instáveis, especialmente na água, para serem capturados ou estudados.
Para superar este desafio, a equipe de Lavallo desenvolveu uma estrutura molecular protetora que envolve o carbeno. Ele o descreve como “uma armadura”, projetada para proteger o centro reativo da água e de outras moléculas próximas. Com esta proteção, o carbeno torna-se estável o suficiente para análise detalhada utilizando espectroscopia de ressonância magnética nuclear e cristalografia de raios X, oferecendo evidências claras de que tais moléculas podem existir na água.
“Estávamos fazendo essas moléculas reativas para explorar sua química, e não para perseguir uma teoria histórica”, disse o primeiro autor Varun Raviprolu, que completou a pesquisa como estudante de graduação na UCR e agora é pesquisador de pós-doutorado na UCLA. “Mas acontece que nosso trabalho acabou confirmando exatamente o que Breslow propôs há tantos anos.”
Rumo a uma química e produção de medicamentos mais verdes
As implicações vão além da resolução de um mistério científico. Os carbenos são amplamente utilizados como “ligantes” ou componentes de suporte em catalisadores à base de metal que ajudam a conduzir reações químicas. Esses catalisadores desempenham um papel importante na produção de produtos farmacêuticos, combustíveis e outros materiais. No entanto, muitos destes processos dependem de solventes orgânicos tóxicos.
Ao estabilizar os carbenos na água, os pesquisadores podem ter aberto a porta para uma produção química mais segura e ecologicamente correta.
“A água é o solvente ideal – é abundante, não tóxica e amiga do ambiente”, disse Raviprolu. “Se conseguirmos fazer com que esses poderosos catalisadores funcionem na água, será um grande passo em direção a uma química mais verde.”
Mais perto de imitar a química em células vivas
A capacidade de criar e manter moléculas intermediárias reativas na água também aproxima os cientistas da replicação da química que ocorre naturalmente dentro das células vivas, que são compostas principalmente de água.
“Existem outros intermediários reativos que nunca conseguimos isolar, como este”, disse Lavallo. “Usando estratégias de proteção como as nossas, poderemos finalmente ser capazes de vê-los e aprender com eles”.
Um marco de anos em construção
Para Lavallo, que passou duas décadas trabalhando com carbenos, a conquista tem um significado científico e pessoal.
“Há apenas 30 anos, as pessoas pensavam que estas moléculas nem sequer poderiam ser produzidas”, disse ele. “Agora podemos engarrafá-los em água. O que Breslow disse há tantos anos – ele estava certo.”
Raviprolu vê a descoberta como uma lição mais ampla sobre a persistência na ciência.
“Algo que parece impossível hoje pode ser possível amanhã, se continuarmos a investir na ciência”, disse ele.
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