Naukowcy z Kalifornii potwierdzili teorię, która przez dziesięciolecia wydawała się nieosiągalna. Udało się ustabilizować wyjątkowo reaktywną cząsteczkę karbenu na bazie witaminy B1 – i to w wodzie. To może zrewolucjonizować przemysł chemiczny i farmaceutyczny.
Hipoteza z 1958 roku wreszcie potwierdzona
W 1958 roku chemik Ronald Breslow z Columbia University zaproponował hipotezę, że witamina B1 (tiamina) może przejść transformację do karbenu – wysoce reaktywnej cząsteczki, która zawiera atom węgla z zaledwie sześcioma elektronami walencyjnymi. W teorii karbeny miały ogromny potencjał w katalizie chemicznej, ale ich nietrwałość w środowisku wodnym czyniła ich praktyczne zastosowanie praktycznie niemożliwym.
Przez dekady naukowcy nie byli w stanie potwierdzić tej teorii eksperymentalnie – karbeny ulegały szybkiemu rozpadowi, zanim mogły zostać przeanalizowane. Z czasem hipoteza Breslowa zaczęła być traktowana bardziej jako ciekawostka niż kierunek badawczy.
Przełomowe badania z Kalifornii
Przełom przyniósł zespół badawczy z University of California Riverside. Naukowcy opracowali metodę, która pozwala na zsyntetyzowanie stabilnego karbenu z witaminy B1 i utrzymanie go w wodzie przez wiele miesięcy. Udało się to dzięki stworzeniu struktury przypominającej chemiczny pancerz ochronny, który izoluje cząsteczkę od degradujących ją czynników zewnętrznych.
Tak przygotowany karben przetrwał w wodnym środowisku – co wcześniej uważano za niemożliwe – i mógł zostać dokładnie przebadany. Naukowcy wykorzystali nowoczesne techniki analityczne, w tym spektroskopię NMR oraz krystalografię rentgenowską, aby potwierdzić strukturę i stabilność uzyskanej cząsteczki.
Znaczenie dla przemysłu farmaceutycznego i chemicznego
Stabilne karbeny mogą odegrać kluczową rolę jako katalizatory w reakcjach chemicznych. Obecnie wiele procesów przemysłowych wymaga stosowania toksycznych lub kosztownych katalizatorów – takich jak metale ciężkie – co rodzi problemy zarówno środowiskowe, jak i ekonomiczne.
Nowo odkryte karbeny mają potencjał, by zastąpić te szkodliwe substancje, zwłaszcza jeśli uda się je wykorzystywać w wodzie – naturalnym, nietoksycznym i powszechnie dostępnym rozpuszczalniku.
– Woda jest idealnym rozpuszczalnikiem – nietoksyczna, tania i ekologiczna. Jeśli te silne katalizatory będą działać w wodzie, to ogromny krok w kierunku zielonej chemii – podkreślił Varun Raviprolu z University of California w Los Angeles.
Perspektywy: nowa era „zielonej chemii”?
Odkrycie może mieć daleko idące konsekwencje. Jeśli stabilne karbeny będzie można produkować na większą skalę i wykorzystywać w przemyśle, otworzy to drogę do nowoczesnych, bezpieczniejszych metod wytwarzania:
- leków o bardziej zrównoważonym profilu chemicznym,
- biopaliw bez toksycznych pozostałości,
- katalizatorów o wyższej selektywności i niższej szkodliwości środowiskowej.
Otwiera się również nowy rozdział dla samych witamin, których rola w chemii może być znacznie większa, niż dotąd sądzono. Hipoteza sprzed 66 lat udowodniła, że nawet najbardziej kontrowersyjne idee naukowe warto weryfikować – zwłaszcza, gdy technologia wreszcie pozwala na ich sprawdzenie.
