Químicos realizaram o que muitos consideravam impossível ao estabilizar uma molécula extremamente reativa em água, confirmando uma teoria sobre a vitamina B1 que tem 67 anos. Essa descoberta não apenas resolve um enigma bioquímico de longa data, mas também sugere métodos mais limpos e eficientes para a produção de fármacos.
No centro da descoberta está um carbene, 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. Em água, geralmente se decompõem imediatamente.
Por décadas, cientistas acreditaram que a vitamina B1, também conhecida como tiamina, poderia brevemente formar uma estrutura similar a um carbene dentro das células para ajudar a impulsionar reações bioquímicas essenciais. No entanto, devido à extrema instabilidade da molécula, ninguém havia conseguido observá-la diretamente nessas condições.
Primeira Estabilização de Carbene em Água
Agora, os pesquisadores conseguiram criar um carbene que permanece estável em água. Eles não apenas o geraram, mas também o isolaram, selaram em um tubo e observaram que permaneceu intacto por meses. Os resultados estão detalhados em um estudo publicado na Science Advances.
“Esta é a primeira vez que alguém consegue observar um carbene estável em água”, disse Vincent Lavallo, professor de química na UC Riverside e autor correspondente do artigo. “As pessoas achavam que isso era uma ideia maluca. Mas, na verdade, Breslow estava certo.”
Teoria de 1958 Finalmente Confirmada
Lavallo se refere a Ronald Breslow, um químico da Universidade de Columbia que propôs em 1958 que a vitamina B1 poderia se transformar em um carbene para possibilitar reações bioquímicas importantes. Embora a ideia tenha sido influente, ela permaneceu não comprovada, pois os carbenos eram conhecidos por serem instáveis demais, especialmente em água, para serem capturados ou estudados.
Para superar esse desafio, a equipe de Lavallo desenvolveu uma estrutura molecular protetora que envolve o carbene. Ele a descreve como “uma armadura”, projetada para proteger o centro reativo da água e de outras moléculas próximas. Com essa proteção, o carbene se torna estável o suficiente para uma análise detalhada utilizando espectroscopia por ressonância magnética nuclear e cristalografia de raios-X, oferecendo evidências claras de que tais moléculas podem existir em água.
“Estávamos criando essas moléculas reativas para explorar sua química, sem perseguir uma teoria histórica”, disse Varun Raviprolu, coautor principal e pesquisador pós-doutoral na UCLA, que completou a pesquisa como estudante de pós-graduação na UCR. “Mas, no final das contas, nosso trabalho acabou confirmando exatamente o que Breslow propôs há tantos anos.”
Rumo a uma Química e Produção de Medicamentos Mais Sustentáveis
As implicações vão além de resolver um mistério científico. Os carbenos são amplamente utilizados como “ligantes”, ou componentes de suporte em catalisadores à base de metais que ajudam a impulsionar reações químicas. Esses catalisadores desempenham um papel importante na produção de fármacos, combustíveis e outros materiais. No entanto, muitos desses processos dependem de solventes orgânicos tóxicos.
Ao estabilizar carbenos em água, os pesquisadores podem ter aberto a porta para uma produção química mais segura e ambientalmente amigável.
“Água é o solvente ideal – é abundante, não tóxica e amiga do meio ambiente”, afirmou Raviprolu. “Se conseguirmos fazer esses poderosos catalisadores funcionarem em água, será um grande passo rumo a uma química mais sustentável.”
Mais Próximo de Imitar a Química em Células Vivas
A capacidade de criar e manter moléculas intermediárias reativas em água também aproxima os cientistas de replicar a química que ocorre naturalmente dentro das células vivas, que são compostas em sua maioria de água.
“Existem outros intermediários reativos que nunca conseguimos isolar, assim como este”, disse Lavallo. “Usando estratégias protetoras como a nossa, podemos finalmente ser capazes de vê-los e aprender com eles.”
Uma Conquista Anos em Elaboração
Para Lavallo, que passou duas décadas trabalhando com carbenos, essa realização tem um significado tanto científico quanto pessoal.
“Há apenas 30 anos, as pessoas achavam que essas moléculas não poderiam nem ser feitas”, disse ele. “Agora conseguimos armazená-las 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 em ciência”, comentou.
