Os químicos alcançaram o que antes era considerado impossível ao estabilizar uma molécula altamente 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 para a produção de produtos farmacêuticos.
No centro da descoberta está um carbeno, uma forma de carbono com apenas seis elétrons de valência. No estado normal, o átomo de carbono é o mais estável com oito elétrons. Com apenas seis, os carbonos são altamente instáveis e reagem com o ambiente quase instantaneamente. 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 que ajuda a impulsionar reações bioquímicas essenciais. Porém, devido à extrema instabilidade da molécula, ninguém conseguiu observá-la diretamente nessas condições.
Primeiro carbeno estável observado em água
Os pesquisadores conseguiram agora criar um carbeno que é estável na água. Eles não apenas o fizeram, mas também o desmontaram, selaram-no em um tubo e observaram que ele permanecia intacto por 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 da 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 foi finalmente confirmada
Lavallo cita o químico da Universidade de Columbia, Ronald Breslow, que propôs em 1958 que a vitamina B1 poderia ser convertida em carbeno para permitir reações bioquímicas importantes. Embora o conceito fosse influente, não foi comprovado porque as carabinas eram conhecidas por serem muito instáveis, especialmente na água, para serem capturadas ou estudadas.
Para superar este desafio, a equipe de Lavalle 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 tornou-se estável o suficiente para análise detalhada utilizando espectroscopia de ressonância magnética nuclear e cristalografia de raios X, fornecendo evidências claras de que tais moléculas poderiam existir na água.
“Estávamos fazendo essas moléculas reativas para explorar sua química, e não buscando uma teoria histórica”, disse o primeiro autor Varun Raviprolu, que completou o estudo como estudante de graduação na UCR e agora é pesquisador de pós-doutorado na UCLA. “Mas acontece que nosso trabalho está concluído, confirmando o que Breslow propôs há tantos anos.”
Rumo à química verde e à produção de medicamentos
As implicações vão além da resolução de um mistério científico. Os carbenos são amplamente utilizados como “ligantes” ou componentes de suporte de 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 o carbeno na água, os pesquisadores poderiam abrir 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”, diz Raviprolu. “Se conseguirmos fazer com que esses poderosos catalisadores funcionem na água, será um grande passo em direção à química verde.”
Perto de imitar a química em células vivas
A capacidade de criar e manter moléculas intermediárias reativas na água aproxima os cientistas da replicação da química que ocorre naturalmente nas células vivas, que são compostas principalmente de água.
“Existem outros mediadores reativos que nunca conseguimos isolar, tal como este”, disse Lavallo. “Usando estratégias defensivas como as nossas, poderemos eventualmente ser capazes de vê-los e aprender com eles.”
Anos marcantes em construção
Para Lavallo, que passou duas décadas trabalhando com Carbene, a conquista tem um significado científico e pessoal.
“Há apenas 30 anos, as pessoas pensavam que estas moléculas não poderiam ser produzidas”, disse ele. “Agora podemos engarrafá-los em água. O que Breslow disse há tantos anos – ele estava certo.”
Robiprolu vê este avanço como uma lição mais ampla de perseverança na ciência.
“Algo que parece impossível hoje pode ser possível amanhã, se continuarmos a investir na ciência”, disse ele.
