Les chimistes ont confirmé une théorie de 67 ans sur la vitamine B1 en stabilisant une molécule réactive dans l'eau – un exploit depuis longtemps impossible. La découverte résout non seulement un mystère biochimique, mais ouvre également la porte à des moyens plus verts et plus efficaces de fabriquer des produits pharmaceutiques.
La molécule en question est un carbène, un type d'atome de carbone avec seulement six électrons de valence. Généralement, le carbone est stable avec huit électrons autour de lui. Avec seulement six électrons, il est chimiquement instable et hautement réactif. Dans l'eau, il se décompose généralement instantanément. Mais pendant des décennies, les scientifiques ont soupçonné que la vitamine B1, également connue sous le nom de thiamine, pourrait former une structure de type carbène dans nos cellules pour effectuer des réactions vitales dans le corps.
Maintenant, pour la première fois, les chercheurs ont non seulement généré un carbène stable dans l'eau, ils l'ont également isolé, l'ont scellée dans un tube et l'ont regardée rester intacte pendant des mois. Cette découverte est documentée dans un article publié la semaine dernière dans Avancées scientifiques.
« C'est la première fois que quiconque est en mesure d'observer un carbène stable dans l'eau », a déclaré Vincent Lavallo, professeur de chimie à UC Riverside et auteur correspondant du journal. « Les gens pensaient que c'était une idée folle. Mais il s'avère que Breslow avait raison. »
La référence est à Ronald Breslow, un chimiste de l'Université Columbia qui a proposé en 1958 que la vitamine B1 pourrait se convertir en carbène pour conduire des transformations biochimiques dans le corps. L'idée de Breslow était convaincante, mais les carbènes étaient si instables, en particulier dans l'eau – que personne ne pouvait prouver qu'ils existaient réellement dans un cadre biologique.
L'équipe de Lavallo a réussi en enroulant le carbène dans ce qu'il appelle «un costume d'armure», une molécule qu'ils ont synthétisée en laboratoire qui protège le centre réactif de l'eau et d'autres molécules. La structure résultante est suffisamment stable pour être étudiée avec la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire et la cristallographie aux rayons X – fournissant des preuves concluantes que des carbènes comme celui-ci peuvent exister dans l'eau.
« Nous faisions ces molécules réactives pour explorer leur chimie, ne poursuivant pas une théorie historique », a déclaré le premier auteur Varun Raviprolu, qui a terminé la recherche en tant qu'étudiant diplômé à l'UCR et est maintenant chercheur postdoctoral à l'UCLA. « Mais il s'avère que notre travail a fini par confirmer exactement ce que Breslow a proposé il y a toutes ces années. »
Au-delà de la confirmation d'une hypothèse biochimique, la découverte a des implications pratiques. Les carbènes sont souvent utilisés comme des «ligands» ou des structures de support, dans des catalyseurs à base de métal – les chevaux de travail chimiques utilisés pour produire des produits pharmaceutiques, des carburants et d'autres matériaux. La plupart de ces processus reposent sur des solvants organiques toxiques. La méthode des chercheurs de stabilisation des carbènes dans l'eau pourrait aider à rendre ces réactions plus propres, moins coûteuses et plus sûres.
« L'eau est le solvant idéal – il est abondant, non toxique et respectueux de l'environnement », a déclaré Raviprolu. « Si nous pouvons faire fonctionner ces puissants catalyseurs dans l'eau, c'est un grand pas vers la chimie plus verte. »
Savoir que de telles molécules intermédiaires réactives peuvent être générées et survivre dans l'eau rapproche également des scientifiques pour imiter le type de chimie qui se produit naturellement dans les cellules – qui sont principalement en eau.
« Il y a d'autres intermédiaires réactifs que nous n'avons jamais pu isoler, tout comme celui-ci », a déclaré Lavallo. « En utilisant des stratégies de protection comme la nôtre, nous pouvons enfin les voir et apprendre d'eux. »
Pour Lavallo, qui a passé deux décennies à concevoir des carbènes, le moment est à la fois professionnel et personnel.
« Il y a seulement 30 ans, les gens pensaient que ces molécules ne pouvaient même pas être faites », a-t-il déclaré. « Maintenant, nous pouvons les mettre en bouteille dans l'eau. Ce que Breslow a dit il y a toutes ces années – il avait raison. »
Pour Raviprolu, la découverte rappelle à persévérer dans la recherche scientifique et la découverte.
« Quelque chose qui semble impossible aujourd'hui pourrait être possible demain, si nous continuons à investir dans la science », a-t-il déclaré.
