Atomii de carbon au de obicei opt electroni de valență. Aceasta este starea lor stabilă. Dar se întâmplă altfel. Carbenul este o formă de carbon cu doar șase electroni de valență. În condiții normale, astfel de molecule sunt atât de instabile încât reacţionează cu mediul aproape instantaneu. În apă, acestea sunt distruse într-o fracțiune de secundă. În 1958, chimistul Ronald Breslow de la Universitatea Columbia a propus ceva pe care mulți îl considerau nebun: în interiorul celulelor, vitamina B1 (tiamină) a fost transformată temporar într-un carben pentru a declanșa reacții biochimice cheie. Era imposibil de demonstrat acest lucru – prea reactiv, prea evaziv.
Cercetătorii de la Universitatea din California, Riverside au dezvoltat o structură moleculară protectoare care înconjoară carbenul. „Este ca o armură”, explică Vincent Lavallo, profesor de chimie. Armura protejează centrul reactiv de apă și moleculele învecinate. Sub această protecție, carbenul rămâne stabil suficient de mult pentru a fi studiat. Echipa nu numai că a creat un carben care era stabil în apă, dar și-a izolat-o, l-a sigilat într-o eprubetă și l-a monitorizat timp de câteva luni. Integritatea carbenului a fost confirmată prin rezonanță magnetică nucleară și cristalografie cu raze X.
„Este prima dată când cineva observă un carben stabil în apă”, spune Lavallo. "Oamenii au crezut că această idee este o nebunie. Dar se pare că Breslow avea dreptate."
Descoperitorii nu și-au propus să confirme teoria lui Breslow. Pur și simplu studiau chimia carbenelor. „Am creat aceste molecule reactive pentru a le studia proprietățile, în loc să urmărim o teorie istorică”, explică Varun Raviprolu, primul autor al studiului. „Dar în cele din urmă, munca noastră a confirmat exact ceea ce Breslow a propus cu toți acești ani în urmă.”
Rezultatele au fost publicate în revista Science Advances.
Carbenele sunt utilizate pe scară largă ca liganzi – componente auxiliare în catalizatorii metalici care ajută la desfășurarea reacțiilor chimice. Acești catalizatori joacă un rol important în producția de medicamente, combustibili și alte materiale. Problema este că multe dintre aceste procese depind de solvenți organici toxici. Apa este un solvent ideal. Este abundent, non-toxic și prietenos cu mediul. Dacă catalizatorii pe bază de carben pot funcționa în apă, va deschide calea pentru o producție chimică mai sigură și mai ecologică.
Capacitatea de a crea și stoca molecule intermediare reactive în apă îi aduce pe oamenii de știință mai aproape de replicarea chimiei care apare în mod natural în interiorul celulelor vii. Și celulele sunt în mare parte făcute din apă. „Există și alți intermediari reactivi pe care nu i-am putut izola niciodată în același mod ca acesta”, spune Lavallo. „Folosind strategiile noastre defensive, am putea în sfârșit să le vedem și să învățăm din ele.”
Pentru Lavallo, care lucrează cu carbenele de două decenii, această realizare are o semnificație atât științifică, cât și personală. „Cu doar treizeci de ani în urmă, oamenii credeau că este imposibil să producă aceste molecule”, spune el. „Acum le putem depozita în apă.” Ceea ce a spus Breslow cu toți acești ani în urmă a fost adevărat.”
Raviprolu vede o lecție mai largă în această descoperire despre perseverența în știință. „Ceea ce pare imposibil astăzi poate deveni posibil mâine dacă continuăm să investim în știință.” Timp de șapte decenii, teoria lui Breslow a rămas neconfirmată – nu pentru că ar fi greșit, ci pentru că tehnologia nu a permis testarea acesteia. Acum că chimiștii au învățat să stabilizeze moleculele super-reactive din apă, noi orizonturi se deschid pentru știință. Și poate multe alte „idei nebune” din trecut așteaptă în aripi.
