Ao estabilizar uma molécula extremamente reativa em água, os químicos alcançaram o que muitos antes pensavam ser impossível, confirmando uma teoria de 67 anos sobre a vitamina B1. Esta descoberta não só resolve um problema bioquímico de longa data, mas também aponta para uma forma mais limpa e eficiente de produzir medicamentos.
No centro da descoberta está o carbeno, uma forma de carbono com apenas seis elétrons de valência. Em circunstâncias normais, os átomos de carbono são os mais estáveis, com oito elétrons. Existem apenas seis carabinas e elas são muito instáveis e reagem quase instantaneamente ao ambiente. Na água, eles geralmente se decompõem imediatamente.
Durante décadas, os cientistas acreditaram que a vitamina B1, também conhecida como tiamina, poderia formar brevemente estruturas semelhantes ao carbeno dentro das células para ajudar a conduzir reações bioquímicas importantes. No entanto, como a molécula é extremamente instável, ninguém foi capaz de observá-la diretamente nessas condições.
Primeiro carbeno estável observado em água
Os pesquisadores criaram agora com sucesso um carbeno que é estável na água. Eles não apenas o geraram, mas também o isolaram, selaram-no em um tubo e observaram-no permanecer intacto durante vários meses. Um estudo publicado na Science Advances detalha as descobertas.
“Esta é a primeira vez que alguém consegue observar carbenos estáveis na água”, disse Vincent Lavallo, professor de química na Universidade da Califórnia, em Riverside, e autor correspondente do artigo. “As pessoas acharam que era uma ideia maluca. Mas acontece que Breslow estava certo.”
A hipótese de 1958 foi finalmente confirmada
Ravalo estava se referindo ao químico Ronald Breslow, da Universidade de Columbia, que em 1958 propôs que a vitamina B1 poderia ser convertida em carbenos para realizar reações bioquímicas importantes. Embora a ideia seja influente, ela permanece sem comprovação porque os carbenos são conhecidos por serem muito instáveis, especialmente na água, para serem capturados ou estudados.
Para superar este desafio, a equipe de Ravallo desenvolveu uma estrutura molecular protetora em torno do carbeno. Ele o descreve como “uma armadura” projetada para proteger o centro de reação da água e de outras moléculas próximas. Com esta proteção, o carbeno tornou-se estável o suficiente para permitir análises detalhadas utilizando espectroscopia de ressonância magnética nuclear e cristalografia de raios X, fornecendo evidências claras de que tais moléculas podem existir na água.
“Fizemos essas moléculas reativas para explorar suas propriedades químicas, não para perseguir teorias históricas”, disse o primeiro autor Varun Raviprolu, que completou a pesquisa como estudante de graduação na Universidade da Califórnia, Riverside (UCR) e agora é pesquisador de pós-doutorado na Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA). “Mas acontece que o nosso trabalho confirma o que Breslow sugeriu anos atrás.”
Rumo à Química Verde e à Produção Farmacêutica
As implicações vão além da resolução de mistérios científicos. Os carbenos são amplamente utilizados como “ligantes” ou componentes de suporte em catalisadores à base de metal, ajudando a impulsionar 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 investigadores podem estar a abrir a porta para uma produção química mais segura e mais amiga do ambiente.
“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.”
Simulação mais próxima de reações químicas em células vivas
A capacidade de criar e manter moléculas intermediárias reativas na água também aproxima os cientistas da replicação de reações químicas que ocorrem naturalmente nas células vivas, que são compostas principalmente de água.
“Existem outros intermediários de reação que nunca conseguimos isolar, como este”, disse Ravallo. “Usando estratégias de conservação como as nossas, poderemos eventualmente ser capazes de vê-los e aprender com eles”.
Marcos ao longo dos anos
Para Ravalo, que passou duas décadas estudando carabinas, a conquista tem um significado científico e pessoal.
“Há apenas 30 anos, as pessoas pensavam que estas moléculas eram impossíveis de produzir”, disse ele. “Agora podemos colocá-los na água. Breslow disse isso anos atrás – e ele estava certo.”
Ravi Prolu vê a descoberta como uma lição mais ampla sobre como aderir à ciência.
“Se continuarmos a investir na ciência, o que parece impossível hoje pode ser possível amanhã”, disse ele.
