Хипотезата за витамин В1 чака потвърждение вече 67 години – учените най-накрая намериха време да я проверят

Химиците за първи път стабилизираха нестабилна молекула във вода, потвърждавайки 67-годишна теория, и това може да промени начина на производство на лекарства, като ги направи по-екологични и по-безопасни.

Става въпрос за карбена – специална форма на въглеродния атом с шест валентни електрона. Обикновено въглеродът има осем такива електрона, а когато те са по-малко, той става изключително нестабилен и бързо се разгражда, особено във вода. От 1958 г. насам обаче учените подозират, че витамин В1 (известен още като тиамин) може да се превръща в организма в нещо подобно на карбена, за да участва във важни биохимични реакции. Теорията е предложена от химика Роналд Бреслоу от Колумбийския университет, но не можеше да бъде доказана – просто защото никой не можеше да покаже, че подобни молекули изобщо могат да оцелеят във водна среда.

Сега това се промени. Екип от изследователи от Калифорнийския университет в Ривърсайд за първи път не само получи стабилен карбен във вода, но и успя да го изолира, да го запечата в епруветка и да го наблюдава в продължение на месеци. Тяхната научна работа излезе наскоро в списание Science Advances и направи голямо впечатление на научната общност.

„За първи път някой успява да наблюдава стабилен карбен във вода“, заявява професорът по химия Винсент Лавало, един от авторите на изследването. „Всички смятаха, че това е щура идея. Но се оказа, че Бреслоу е бил прав.“

Успехът е постигнат благодарение на „бронята“ – специална молекула, синтезирана в лабораторията, която обгръща карбена и го предпазва от водата и другите вещества. Това дава възможност за неговото изследване с помощта на спектроскопия и рентгенов дифракционен анализ – инструменти, които дават точна информация за структурата на молекулите.

„Ние не се опитвахме да потвърдим историческата хипотеза – просто изучавахме химията на реактивните молекули“, споделя първият автор Варун Равипролу. „Но това, което се случи, е, че потвърдихме точно това, за което Бреслоу е говорил преди десетилетия.“

Откритието има значение не само за фундаменталната наука, но и за практиката. Карбените често се използват като спомагателни елементи в химическите катализатори – веществата, които ускоряват реакциите при производството на лекарства, горива и други материали. Тези процеси обикновено протичат в органичните разтворители, които често са токсични. Ако подобни реакции вече могат да се извършват във вода, това би могло да направи производството по-екологично и по-евтино.

„Водата е идеалният разтворител: тя е достъпна, нетоксична и екологична“, казва Равипролу. „Ако успеем да накараме тези мощни катализатори да работят във водата, това ще бъде голяма крачка към зелената химия.“

Освен това фактът, че тези нестабилни молекули могат да бъдат стабилизирани във водата, приближава учените към възможността да възпроизведат химичните процеси, които протичат в живите клетки – които в крайна сметка са съставени предимно от вода.

„Има и други междинни молекули, които все още не сме успели да изолираме, като тази“, отбелязва Лавало. „Но със защитни стратегии като нашата най-накрая ще можем да ги видим и изучим“.

За Лавало, който е посветил две десетилетия на разработването на карбени, откритието е нещо повече от научен резултат.

„Само преди 30 години се смяташе, че тези молекули изобщо не могат да бъдат синтезирани“, казва той. „А сега можем да ги съхраняваме буквално в бутилка с вода. Всичко, което е казал Бреслоу, се оказва вярно.“