Гипотеза о витамине B1 ждала подтверждения 67 лет — учёные наконец-то нашли время её проверить
NewsMakerКарбен, предсказанный в 1958 году, оказался реальностью.
Химики впервые стабилизировали нестабильную молекулу в воде, подтвердив теорию, которой уже 67 лет — и это может изменить способы производства лекарств, сделав их более экологичными и безопасными.
Речь идёт о карбене — особой форме атома углерода с шестью валентными электронами. В норме у углерода восемь таких электронов, и когда их меньше, он становится крайне нестабильным и быстро разрушается, особенно в воде. Однако с 1958 года учёные подозревали, что витамин B1 (он же тиамин) может в организме превращаться в нечто похожее на карбен, чтобы участвовать в важных биохимических реакциях. Теорию предложил химик Рональд Бреслоу из Колумбийского университета, но доказать её не удавалось — просто потому, что никто не мог показать, что такие молекулы вообще способны выжить в водной среде.
Теперь это изменилось. Команда исследователей из Калифорнийского университета в Риверсайде впервые не только получила стабильный карбен в воде, но и смогла изолировать его, запечатать в пробирку и наблюдать за ним в течение нескольких месяцев. Их работа вышла на днях в журнале Science Advances и произвела впечатление в научном сообществе. "Это первый случай, когда кому-то удалось наблюдать стабильный карбен в воде", — говорит профессор химии Винсент Лавалло, один из авторов исследования. "Все думали, что это безумная идея. Но Бреслоу оказался прав".
Успеха удалось добиться благодаря "броне" — особой молекуле, синтезированной в лаборатории, которая обволакивает карбен и защищает его от воды и других веществ. Благодаря этому его можно было изучать с помощью спектроскопии и рентгеноструктурного анализа — инструментов, дающих точные сведения о строении молекул. "Мы не пытались подтвердить историческую гипотезу — мы просто изучали химию реактивных молекул", — говорит первый автор статьи Варун Равипролу. "Но в итоге вышло так, что мы подтвердили ровно то, о чём говорил Бреслоу десятилетия назад".
Открытие имеет значение не только для фундаментальной науки, но и для практики. Карбены часто используются как вспомогательные элементы в химических катализаторах — веществах, ускоряющих реакции при производстве лекарств, топлива и других материалов. Обычно такие процессы идут в органических растворителях, которые часто токсичны. Если теперь подобные реакции можно будет проводить в воде, это может сделать производство более экологичным и дешёвым. "Вода — идеальный растворитель: она доступна, нетоксична и не вредит окружающей среде", — говорит Равипролу. "Если мы сможем заставить эти мощные катализаторы работать в воде, это будет большой шаг к зелёной химии".
Кроме того, тот факт, что такие нестабильные молекулы можно стабилизировать в воде, приближает учёных к возможностям воспроизводить химические процессы, происходящие внутри живых клеток — а ведь они, по большей части, состоят из воды. "Есть и другие промежуточные молекулы, которые нам пока не удавалось выделить, как и эту", — отмечает Лавалло. "Но с помощью защитных стратегий, подобных нашей, мы наконец сможем их увидеть и изучить".
Для Лавалло, посвятившего разработке карбенов два десятилетия, это открытие — нечто большее, чем просто научный результат. "Всего 30 лет назад считалось, что эти молекулы вообще невозможно синтезировать", — говорит он. "А теперь мы можем буквально хранить их в бутылке с водой. Всё, что говорил Бреслоу, — оказалось правдой".
А для Равипролу это история о настойчивости и вере в науку. "То, что сегодня кажется невозможным, может стать реальностью завтра — если мы не перестанем вкладываться в науку", — говорит он.
Химики впервые стабилизировали нестабильную молекулу в воде, подтвердив теорию, которой уже 67 лет — и это может изменить способы производства лекарств, сделав их более экологичными и безопасными.
Речь идёт о карбене — особой форме атома углерода с шестью валентными электронами. В норме у углерода восемь таких электронов, и когда их меньше, он становится крайне нестабильным и быстро разрушается, особенно в воде. Однако с 1958 года учёные подозревали, что витамин B1 (он же тиамин) может в организме превращаться в нечто похожее на карбен, чтобы участвовать в важных биохимических реакциях. Теорию предложил химик Рональд Бреслоу из Колумбийского университета, но доказать её не удавалось — просто потому, что никто не мог показать, что такие молекулы вообще способны выжить в водной среде.
Теперь это изменилось. Команда исследователей из Калифорнийского университета в Риверсайде впервые не только получила стабильный карбен в воде, но и смогла изолировать его, запечатать в пробирку и наблюдать за ним в течение нескольких месяцев. Их работа вышла на днях в журнале Science Advances и произвела впечатление в научном сообществе. "Это первый случай, когда кому-то удалось наблюдать стабильный карбен в воде", — говорит профессор химии Винсент Лавалло, один из авторов исследования. "Все думали, что это безумная идея. Но Бреслоу оказался прав".
Успеха удалось добиться благодаря "броне" — особой молекуле, синтезированной в лаборатории, которая обволакивает карбен и защищает его от воды и других веществ. Благодаря этому его можно было изучать с помощью спектроскопии и рентгеноструктурного анализа — инструментов, дающих точные сведения о строении молекул. "Мы не пытались подтвердить историческую гипотезу — мы просто изучали химию реактивных молекул", — говорит первый автор статьи Варун Равипролу. "Но в итоге вышло так, что мы подтвердили ровно то, о чём говорил Бреслоу десятилетия назад".
Открытие имеет значение не только для фундаментальной науки, но и для практики. Карбены часто используются как вспомогательные элементы в химических катализаторах — веществах, ускоряющих реакции при производстве лекарств, топлива и других материалов. Обычно такие процессы идут в органических растворителях, которые часто токсичны. Если теперь подобные реакции можно будет проводить в воде, это может сделать производство более экологичным и дешёвым. "Вода — идеальный растворитель: она доступна, нетоксична и не вредит окружающей среде", — говорит Равипролу. "Если мы сможем заставить эти мощные катализаторы работать в воде, это будет большой шаг к зелёной химии".
Кроме того, тот факт, что такие нестабильные молекулы можно стабилизировать в воде, приближает учёных к возможностям воспроизводить химические процессы, происходящие внутри живых клеток — а ведь они, по большей части, состоят из воды. "Есть и другие промежуточные молекулы, которые нам пока не удавалось выделить, как и эту", — отмечает Лавалло. "Но с помощью защитных стратегий, подобных нашей, мы наконец сможем их увидеть и изучить".
Для Лавалло, посвятившего разработке карбенов два десятилетия, это открытие — нечто большее, чем просто научный результат. "Всего 30 лет назад считалось, что эти молекулы вообще невозможно синтезировать", — говорит он. "А теперь мы можем буквально хранить их в бутылке с водой. Всё, что говорил Бреслоу, — оказалось правдой".
А для Равипролу это история о настойчивости и вере в науку. "То, что сегодня кажется невозможным, может стать реальностью завтра — если мы не перестанем вкладываться в науку", — говорит он.