Chemiker der Universität von Kalifornien in Riverside bestätigen eine 67 Jahre alte Theorie über Vitamin B1

Wissenschaftler bestätigen eine 67 jahre alte theorie über vitamin b1

Ein Team von Chemikern der Universität von Kalifornien in Riverside hat es geschafft, was Jahrzehnte lang unmöglich schien: Sie haben eine Theorie aus dem Jahr 1958 über Vitamin B1 (Tiamin) bestätigt. Der Fund, der in Science Advances veröffentlicht wurde, zeigt, dass eine Molekül namens Carben, das extrem instabil ist, in Wasser über Monate hinweg stabil bleiben kann.

Dieser Erfolg löst ein chemisches Rätsel von 67 Jahren und öffnet die Tür für eine neue Ära nachhaltiger Experimente. Carben sind einzigartige Moleküle, die ein unvollständiges Kohlenstoffatom mit nur sechs Valenzelektronen anstelle der üblichen acht haben, was sie sehr reaktiv und flüchtig macht, besonders im Kontakt mit Wasser.

Deshalb wurde lange Zeit angenommen, dass es unmöglich ist, sie isoliert zu beobachten. Im Jahr 1958 schlug der Chemiker Ronald Breslow von der Columbia University vor, dass Vitamin B1 während biologischer Reaktionen ein intermediäres Carben erzeugen könnte, aber diese Idee wurde damals als absurd abgetan.

Jetzt, über 50 Jahre später, hat ein Experiment gezeigt, dass Breslow recht hatte. Die Forscher konnten nicht nur das Carben stabilisieren, sondern dies auch in einem wässrigen Medium erreichen, was bis dahin undenkbar war.

Um dies zu erreichen, haben sie die Molekül in einer Art chemischer Rüstung eingeschlossen, die ihre Zersetzung verhindert. Dieser Fortschritt bestätigt nicht nur eine historische Theorie, sondern eröffnet auch die Möglichkeit, komplexe chemische Reaktionen in Wasser durchzuführen, ohne giftige Lösungsmittel zu benötigen.

Eine vergessene Theorie, die sich als richtig erwies

Im Jahr 1958, als Ronald Breslow seine Hypothese über Vitamin B1 vorstellte, wurde sie von der wissenschaftlichen Gemeinschaft mit Skepsis aufgenommen. Damals waren Carben ein theoretisches Konzept, bei dem ihre Reaktivität so hoch war, dass sie sich in Sekundenbruchteilen zersetzten. Daher erschien es unwahrscheinlich, dass sie im menschlichen Körper in einem von Wasser dominierten Medium existieren könnten.

Sechzig Jahre später hat das Team unter der Leitung von Vincent Lavallo, Professor für Chemie an der Universität von Kalifornien, gezeigt, dass diese Idee nicht so abwegig war. "Dies ist das erste Mal, dass jemand ein stabiles Carben in Wasser beobachten konnte. Die Leute dachten, es sei unmöglich, aber Breslow hatte recht", erklärte Lavallo nach der Präsentation der Ergebnisse.

Dieser Erfolg geht weit über die wissenschaftliche Neugier hinaus und stellt eine experimentelle Bestätigung dar, wie bestimmte chemische Reaktionen im Organismus ablaufen können. Er verändert die Art und Weise, wie die Interaktion zwischen hochreaktiven Molekülen in biologischen Medien verstanden wird.

Wie sie das Unstabile stabilisierten

Das Team von Lavallo entwickelte ein schützendes Molekül, das als chemischer Schild fungiert und das Carben umgibt, um zu verhindern, dass es mit Wasser in Kontakt kommt. Dank dieser Rüstung konnte die Molekül über Monate hinweg ohne Zersetzung überleben. Dies ermöglichte es, sie mit Kernmagnetresonanz und Röntgenkristallographie zu untersuchen, was direkte Beweise für ihre Existenz lieferte.

Es ist bemerkenswert, dass die Forscher nicht versuchten, die Theorie von Breslow zu validieren, sondern ihr Ziel war es, neue Wege zur Kontrolle der Reaktivität von Carbenen zu erforschen. Der resultierende Erfolg bestätigte jedoch genau das, was Breslow vor Jahrzehnten vorgeschlagen hatte.

"Wir waren nicht hinter einer historischen Theorie her, aber unser Arbeit bestätigte genau das, was Breslow vor all den Jahren vorgeschlagen hatte", erklärte Varun Raviprolu, der Hauptautor der Studie und derzeitiger Forscher an der UCLA.

Der Einfluss dieses Entdeckens geht weit über das Labor hinaus, da Carbenen in der Synthese von Medikamenten, Brennstoffen und Materialien essenziell sind. Sie dienen als Strukturelemente in Katalysatoren, die chemische Reaktionen beschleunigen. Das Problem ist, dass die meisten dieser Prozesse giftige organische Lösungsmittel erfordern, die teuer und schwer zu entsorgen sind.

Mit der entwickelten Technik könnte Wasser diese Lösungsmittel ersetzen, was einen großen Schritt in Richtung einer umweltfreundlicheren, sichereren und erschwinglicheren Chemie darstellt. Zudem ermöglicht dieser Ansatz, Bedingungen zu reproduzieren, die denen im Inneren einer Zelle ähneln, wo die meisten biologischen Reaktionen in einem wässrigen Medium ablaufen. Das bedeutet, dass die Wissenschaftler der Naturchemie der Leben im Labor immer näher kommen.

Das Experiment löst nicht nur ein Rätsel aus dem Jahr 1958, sondern definiert auch die Grenzen der modernen Chemie neu. Die Fähigkeit, ein Carben in Wasser stabil zu halten, ist heute Realität und kann die Art und Weise, wie Medikamente, Materialien und Katalysatoren hergestellt werden, verändern.