Araştırmacılar 1958'den kalma B1 vitamini teorisini kanıtladı

Kimya alanında uzun yıllardır imkansız kabul edilen bir başarı nihayet gerçekleşti. Araştırmacılar, son derece reaktif bir molekül olan karbeni suda "şişeleyerek" kimyadaki önemli bir varsayımı alt üst etmeyi başardı. Bu çığır açan çalışma, 1958 yılında ortaya atılan ancak kanıtlanması imkansız görünen bir teoriyi sonunda aydınlığa kavuşturdu.

Karben nedir ve neden bu kadar önemlidir?

Karbenler, onları son derece reaktif yapan alışılmadık bir elektron konfigürasyonuna sahip karbon türleridir. Bu moleküller, kimyasal reaksiyonlarda kritik ara ürün rolü oynarlar ancak normal koşullarda çok kısa ömürlü olmaları nedeniyle gözlemlenmeleri ve incelenmesi oldukça zordur. Tipik olarak suda neredeyse anında yok edilen bu alışılmadık derecede reaktif karbon türleri, vücudun su açısından zengin ortamıyla temelden bağdaşmaz görünüyorlardı. İşte bu nedenle, karbenin suda varlığını kanıtlamak kimya biliminin en zorlayıcı problemlerinden biri haline gelmişti.

Breslow'un 70 yıl önceki öngörüsü

1958 yılında Columbia Üniversitesi'nde çalışan kimyager Ronald Breslow, B1 vitaminin (tiamin) kısaca karben benzeri bir ara ürün oluşturarak temel metabolik kimyayı gerçekleştirdiğini öne sürdü. Bu hipotez, vücudun nasıl enerji metabolizmasını sağladığını açıklamak için önemli bir adımdı. Ancak Breslow'un fikrini kanıtlamak neredeyse imkansız görünüyordu çünkü karbenler suda yaşayamayacak kadar reaktifti. Bilim insanları, bu teorinin doğru olsa bile, pratik olarak gözlemlenebilir kanıt elde etmenin mümkün olmadığını düşünüyorlardı. Sonuç olarak, bu fikir uzun yıllar boyunca "çılgın bir teori" olarak kalmıştı.

UC Riverside'daki atılım: Suda kararlı karben

UC Riverside kimyageri Vincent Lavallo liderliğindeki bir ekip, bu görünmez engeli aşmak için yeni bir strateji geliştirdi. Araştırmacılar, sadece suya dayanıklı değil, suda kararlı bir karben tasarlamayı başardı. Lavallo ve ekibi, bu başarıyı nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi ve tek kristal X-ışını kristalografisi gibi ileri analitik teknikler kullanarak doğruladılar. "Bu, herhangi birinin suda kararlı bir karbeni gözlemleyebildiği ilk kez" diye açıklayan Lavallo, "İnsanlar bunun çılgın bir fikir olduğunu düşündü. Ama ortaya çıktı ki, Breslow haklıymış" ifadelerini kullandı.

Koruyucu "zırh" stratejisi nasıl çalışıyor?

Atılım, hem sterik koruma hem de elektronik ayarlama mühendisliğinden geldi. Lavallo'nun grubu, reaktif karbonun etrafında koruyucu bir "cep" inşa ederek sorunu çözdü. Araştırmacılar karben merkezini hacimli, yüksek oranda klorlanmış karborana dayalı bir çerçeveye sardılar. Bu yapı, moleküler bir "zırh takımı" gibi davranarak suyun karbenin reaktif orbitallerine saldırmasını fiziksel olarak engelledi. Aynı zamanda, elektron çeken sübstitüentler asit-baz dengesini kaydırarak karben formunun su tarafından daha az kolayca kapatılmasını sağladı. Kalabalık 3D yapı, karbenin kimyasal aktivitesini korurken aynı zamanda onun suda yaşamasını mümkün kıldı.

Ekip, karbenin oluşumunu karakteristik NMR imzalarıyla izledi. Özellikle karben karbonunun belirgin bir şekilde aşağı alan kimyasal kaymasında göründüğü karbon-13 NMR, bu molekülün varlığını açıkça ortaya koydu. X-ışını kristalografisi daha sonra doğrudan bir yapısal anlık görüntü sağlayarak molekülün geometrisini doğruladı ve karben karbonunun sterik olarak korunan bir ortamda gömülü olduğunu gösterdi. Karben, aylarca süren izleme boyunca tespit edilebilir hiçbir ayrışma göstermedi. Bu sonuç, normalde suda saniyeler dayanamayan bir tür için olağanüstü bir başarı temsil ediyordu.