72 подписчика
Стабильный в воде карбен: подтверждена давняя теория о витамине B1
В 1958 году химик из Колумбийского университета Рональд Бреслоу выдвинул смелую (даже безумную, по мнению некоторых) гипотезу, что витамин В1 (тиамин) выполняет свои функции, временно образуя промежуточное соединение, похожее на карбен. Это казалось невероятным.
Карбены – особый вид углеродных соединений с необычной электронной конфигурацией, которая делает их сверхреактивным. В обычных условиях они не могут существовать в воде дольше нескольких секунд. Такая нестабильность исключала карбены из участия в биохимических процессах в живых организмах. Ведь они полны воды, и столь неустойчивые соединения там просто мгновенно разрушатся.
И вот ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде разработала карбен, который не просто выдерживает воду, а остается стабильным в ней. Как такое удалось?
Центральный углерод карбена окружили массивным сильно хлорированным карборановым каркасом, который действует как защитный барьер, физически отталкивая молекулы воды от реактивных орбиталей. Параллельно с этим, пока работает внешняя броня, электроноакцепторные группы изменяют кислотно-щелочной баланс, создавая форму карбена более устойчивую к воде.
В результате, соединение, живущее секунды, просуществовало несколько месяцев, не показав заметных признаков разложения.
Организм, конечно же, не использует точно такой же хлорированный каркас, но работа демонстрирует принцип: карбен может стабильно существовать в воде при достаточной защите и благоприятном равновесии. Это объясняет, как ферменты, зависящие от тиамина, создают специальные микросреды, с крайне малым количеством молекул воды, а реактивные группы поддерживают промежуточные состояния. Такие условия позволяют карбен-подобным структурам возникать и работать в водной биологической среде, подтверждая правоту Бреслоу.
Карбены применяют как лиганды в металлических катализаторах для промышленных реакций, включая синтез лекарств и материалов. Сейчас многие процессы требуют токсичных или горючих органических растворителей, поскольку вода разрушает реакционноспособные промежуточные продукты. Стабилизация карбена в воде поможет создать катализаторы, работающих в этой среде. Это прямой путь к зеленой химии.
Кроме того, такие знания позволят изолировать и изучать другие неустойчивые промежуточные продукты.
1 минута
4 января