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 medicamentos.
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 carbenos, eles são altamente instáveis e reagem quase instantaneamente com o ambiente. Na água, eles geralmente 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. Porém, devido à extrema instabilidade da molécula, ninguém conseguiu observá-la diretamente nessas condições.
O primeiro carbeno estável observado na água
Agora os pesquisadores conseguiram criar um carbeno que permanece estável na água. Eles não apenas o criaram, 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 Lavalle, professor de química na Universidade da Califórnia, em Riverside, e autor correspondente do artigo. “As pessoas acharam que era uma ideia maluca. Mas descobriu-se que Breslow estava certo.”
A hipótese de 1958 foi finalmente confirmada
Lavallo está se referindo a Ronald Breslow, um químico da Universidade de Columbia que sugeriu em 1958 que a vitamina B1 poderia ser convertida em carbeno para permitir reações bioquímicas importantes. Embora esta ideia tenha sido influente, não foi comprovada porque se sabia que os carbenos eram demasiado instáveis, especialmente na água, para serem capturados ou estudados.
Para superar este problema, a equipe de Laval projetou uma estrutura molecular protetora que envolve o carbeno. Ele descreve isso 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 por espectroscopia de ressonância magnética nuclear e cristalografia de raios X, oferecendo evidências claras de que tais moléculas podem existir na água.
“Fizemos essas moléculas reativas para explorar sua química, não para perseguir uma teoria histórica”, disse o primeiro autor Varun Ravipralu, que concluiu a pesquisa como estudante de graduação na UCR e agora é 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 ecológica
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 perfeito – é abundante, não tóxica e amiga do ambiente”, disse Ravipraloo. “Se conseguirmos fazer com que estes 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 principalmente água.
“Existem outros intermediários reativos que nunca conseguimos isolar como este”, disse Lavalle. “Usando estratégias de proteção como as nossas, podemos finalmente vê-los e aprender com eles”.
Anos importantes em formação
Para Laval, que trabalha com carbenos há duas décadas, 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 colocá-los na água. O que Breslow disse há tantos anos, ele estava certo.”
Ravipralu vê a descoberta como uma lição maior sobre perseverança na ciência.
“O que parece impossível hoje pode ser possível amanhã se continuarmos a investir na ciência”, disse ele.
