I chimici hanno raggiunto ciò che molti consideravano impossibile stabilizzando una molecola estremamente reattiva in acqua, confermando una teoria vecchia di 67 anni sulla vitamina B1. Questa scoperta non solo risolve un enigma biochimico di lunga data, ma indica anche metodi più puliti ed efficienti per la produzione di prodotti farmaceutici.
Al centro della scoperta c’è un carbene, una forma di carbonio con soli sei elettroni di valenza. In condizioni normali, gli atomi di carbonio sono più stabili con otto elettroni. Con solo sei, i carbeni sono altamente instabili e reagiscono quasi istantaneamente con l’ambiente circostante. In acqua, di solito si degradano subito.
Per decenni, gli scienziati hanno creduto che la vitamina B1, nota anche come tiamina, potesse formare brevemente una struttura simile al carbono all’interno delle cellule per aiutare a stimolare reazioni biochimiche essenziali. Tuttavia, a causa dell’estrema instabilità della molecola, nessuno era riuscito a osservarla direttamente in tali condizioni.
Primo Carbene stabile osservato in acqua
I ricercatori sono ora riusciti a creare un carbene che rimane stabile in acqua. Non solo lo generato, ma lo hanno isolato, e sigillato in un tubo osservando che rimaneva intatto per mesi. I risultati sono dettagliati in uno studio pubblicato su Science Advances.
“È la prima volta che qualcuno riesce a osservare un carbene stabile in acqua”, ha detto Vincent Lavallo, professore di chimica alla UC Riverside e autore corrispondente dell’articolo. “La gente pensava che fosse un’idea folle. Ma si è scoperto che Breslow aveva ragione.”
Un’ipotesi del 1958 finalmente confermata
Lavallo si riferisce a Ronald Breslow, un chimico della Columbia University che nel 1958 propose che la vitamina B1 potesse trasformarsi in un carbene per abilitare reazioni biochimiche chiave. Sebbene l’idea fosse influente, rimase indiscussa perché i carbeni erano noti per essere troppo instabili, specialmente in acqua, per essere catturati o studiati.
Per superare questa sfida, il team di Lavallo ha sviluppato una struttura molecolare protettiva che circonda il carbene. La descrive come “un’armatura”, progettata per proteggere il centro reattivo dall’acqua e da altre molecole vicine. Con questa protezione, il carbene diventa abbastanza stabile per un’analisi dettagliata tramite spettroscopia di risonanza magnetica nucleare e cristallografia a raggi X, offrendo prove chiare che tali molecole possono esistere nell’acqua.
“Stavamo creando queste molecole reattive per esplorarne la chimica, non inseguendo una teoria storica”, ha detto il primo autore Varun Raviprolu, che ha completato la ricerca come studente laureato alla UCR ed è ora ricercatore post-dottorato alla UCLA. “Ma si è scoperto che il nostro lavoro ha finito per confermare esattamente ciò che Breslow aveva proposto tanti anni fa.”
Verso una chimica più verde e una produzione di farmaci
Le implicazioni vanno oltre la risoluzione di un mistero scientifico. I carani sono ampiamente utilizzati come “ligandi”, ovvero componenti di supporto in catalizzatori a base metallica che aiutano a stimolare le reazioni chimiche. Questi catalizzatori svolgono un ruolo fondamentale nella produzione di prodotti farmaceutici, carburanti e altri materiali. Tuttavia, molti di questi processi dipendono da solventi organici tossici.
Stabilizzando i carbeni in acqua, i ricercatori potrebbero aver aperto la porta a una produzione chimica più sicura e rispettosa dell’ambiente.
“L’acqua è il solvente ideale — è abbondante, non tossica e rispettosa dell’ambiente,” ha detto Raviprolu. “Se riusciremo a far funzionare questi potenti catalizzatori nell’acqua, sarebbe un grande passo verso una chimica più ecologica.”
Più vicino a imitare la chimica nelle cellule viventi
La capacità di creare e mantenere molecole intermedie reattive nell’acqua avvicina anche gli scienziati alla replicazione della chimica che avviene naturalmente all’interno delle cellule viventi, composte per lo più da acqua.
“Ci sono altri intermediari reattivi che non siamo mai riusciti a isolare, proprio come questo,” disse Lavallo. “Usando strategie protettive come le nostre, potremmo finalmente riuscire a vederli e imparare da loro.”
Una pietra miliare che si è realizzata in anni
Per Lavallo, che ha trascorso due decenni lavorando con i carbeni, questo risultato ha sia un significato scientifico che personale.
“Solo 30 anni fa, la gente pensava che queste molecole non potessero nemmeno essere prodotte,” disse. “Ora possiamo imbottigliarle nell’acqua. Quello che Breslow ha detto tutti quegli anni fa — aveva ragione.”
Raviprolu vede questa svolta come una lezione più ampia sulla perseveranza nella scienza.
Ed ha affermato che “Qualcosa che oggi sembra impossibile potrebbe esserlo domani, se continuiamo a investire nella scienza,”.
by 