أخيرًا أثبت الباحثون نظرية فيتامين ب1 المجنونة منذ عام 1958

تمكن فريق بحثي من “تعبئة” مادة كاربين شديدة التفاعل في الماء، مما أدى إلى قلب افتراض رئيسي في الكيمياء.

حقق الكيميائيون إنجازًا اعتُبر مستحيلًا منذ فترة طويلة: فقد ابتكروا جزيئًا فائق التفاعل يُسمى كاربين وأبقوه مستقرًا في الماء لعدة أشهر، وهي النتيجة التي قدمت أخيرًا دليلًا مباشرًا على نظرية فيتامين ب 1 التي تم اقتراحها منذ ما يقرب من 70 عامًا.

الكربينات هي كربون غير عادي صِنف بتكوين إلكتروني يجعلها شديدة التفاعل. في عام 1958، جامعة كولومبيا اقترح الكيميائي رونالد بريسلو أن فيتامين ب 1 (الثيامين) ينفذ الكيمياء الأيضية الرئيسية عن طريق تشكيل وسيط يشبه الكاربين لفترة وجيزة.

تكمن المشكلة في أن الكربينات عبارة عن أنواع كربونية متفاعلة بشكل غير عادي وعادة ما يتم تدميرها على الفور تقريبًا في الماء، لذلك تبدو غير متوافقة بشكل أساسي مع بيئة الجسم الغنية بالمياه، مما يجعل إثبات فكرة بريسلو صعبًا.

فريق بقيادة جامعة كاليفورنيا ريفرسايد قام الكيميائي فنسنت لافالو الآن بتصميم كاربين لا يتحمل الماء فحسب، بل مستقر أيضًا، وقد أكدوا ذلك باستخدام التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي (NMR) وعلم البلورات بالأشعة السينية أحادية البلورة.

قال فنسنت لافالو، أستاذ الكيمياء بجامعة كاليفورنيا في ريفرسايد والمؤلف المقابل للدراسة: “هذه هي المرة الأولى التي يتمكن فيها أي شخص من ملاحظة وجود كاربين مستقر في الماء”. “اعتقد الناس أن هذه كانت فكرة مجنونة. ولكن اتضح أن بريسلو كان على حق.”

كيف صنعوا مادة كاربينية لا يمكن للمياه تدميرها

جاء هذا الإنجاز من خلال هندسة كل من التدريع الاستاتيكي والضبط الإلكتروني، أي بناء “جيب” وقائي حول الكربون التفاعلي. قامت مجموعة لافالو بتغليف مركز الكاربين في إطار ضخم عالي الكلور يعتمد على الكاربوران، والذي يعمل مثل “بدلة درع” جزيئية. يمنع الهيكل ثلاثي الأبعاد المزدحم الماء فعليًا من مهاجمة مدارات الكاربين التفاعلية، بينما تساعد البدائل التي تسحب الإلكترون على تغيير التوازن الحمضي القاعدي بحيث لا يتم إغلاق شكل الكاربين بسهولة بواسطة الماء.

تتبع الفريق تكوين الكاربين من خلال بصمات الرنين المغناطيسي النووي المميزة، خاصة في الكربون 13 الرنين المغناطيسي النووي، حيث يظهر كربون الكاربين عند تحول كيميائي واضح في أسفل الحقل. ثم قدم التصوير البلوري بالأشعة السينية لقطة هيكلية مباشرة، تؤكد هندسة الجزيء وتظهر كربون الكاربين مدفونًا داخل بيئة محمية بشكل فراغي.

لم يُظهر الكاربين أي تحلل يمكن اكتشافه على مدار أشهر من المراقبة، وهي نتيجة غير عادية بالنسبة لأنواع لا يمكنها عادةً البقاء لثوانٍ في الماء.

قال المؤلف الأول فارون رافيبرولو، الذي أكمل البحث كطالب دراسات عليا في جامعة كاليفورنيا وهو الآن باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا: “كنا نصنع هذه الجزيئات التفاعلية لاستكشاف كيميائها، وليس مطاردة نظرية تاريخية”. جامعة كاليفورنيا. “لكن اتضح أن عملنا انتهى بتأكيد ما اقترحه بريسلو بالضبط منذ كل تلك السنوات الماضية.”

ماذا يقول عن فيتامين ب1 في الكيمياء

هذا لا يعني أن الجسم يصنع هذا الكربين المدرع بالضبط. لا تستخدم الإنزيمات أقفاص الكاربوران المكلورة. لكن العمل يوضح مبدأ أساسيًا: يمكن للكاربين أن يتواجد في الماء إذا كان محميًا بشكل كافٍ وكانت ظروف التوازن مواتية لتكوينه، وهو مفهوم يساعد على التوفيق بين كيفية وصول الإنزيمات المعتمدة على الثيامين إلى الوسطيات الشبيهة بالكاربين على الرغم من عملها في البيئات المائية.

كما أنه يتماشى أيضًا مع عدد الإنزيمات التي تعمل بشكل عام: فهي غالبًا ما تخلق بيئات دقيقة تتحكم في مجموعات تحديد المواقع التفاعلية، وتستبعد الماء السائب بطرق محددة، وتثبت الوسطيات عالية الطاقة لفترة كافية لمواصلة الكيمياء.

لماذا تهتم الصناعة: المحفزات والمذيبات الخضراء

الكربينات ليست مجرد فضول كيميائي حيوي. يتم استخدامها على نطاق واسع كروابط في المحفزات المعدنية التي تحرك التفاعلات الصناعية المهمة، بما في ذلك خطوات تصنيع الأدوية والمواد. واليوم، تعتمد العديد من هذه العمليات على المذيبات العضوية السامة أو القابلة للاشتعال، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن الماء يمكن أن يدمر المواد الوسيطة الرئيسية.

إذا تمكن الكيميائيون من ترجمة مفهوم التثبيت إلى محفزات تكون مستقرة في الماء ولا تزال متفاعلة، فقد يفتح ذلك الباب أمام التصنيع الأنظف الذي يستخدم الماء كمذيب رئيسي.

وقال رافيبرولو: “إن الماء هو المذيب المثالي، فهو متوفر بكثرة، وغير سام، وصديق للبيئة”. “إذا تمكنا من جعل هذه المحفزات القوية تعمل في الماء، فهذه خطوة كبيرة نحو كيمياء صديقة للبيئة.”

نافذة على الوسائط “غير المرئية”.

ربما يكون الوعد العلمي الأكبر منهجيًا: حماية المواد الوسيطة الهشة حتى يمكن ملاحظتها بشكل مباشر. تستدعي العديد من آليات التفاعل الأنواع قصيرة العمر التي يتم استنتاجها ولكن لم يتم التقاطها.

وقال لافالو: “هناك مواد وسيطة تفاعلية أخرى لم نتمكن من عزلها مطلقًا، تمامًا مثل هذا”. “باستخدام استراتيجيات الحماية مثل استراتيجياتنا، قد نتمكن أخيرًا من رؤيتها والتعلم منها.”

وبالنسبة لافالو، تمثل النتيجة تحولًا فيما يعتبره الكيميائيون ممكنًا، حيث قال: “قبل 30 عامًا فقط، اعتقد الناس أنه لا يمكن صنع هذه الجزيئات”. “الآن يمكننا وضعها في زجاجات في الماء. ما قاله بريسلو منذ كل تلك السنوات – كان على حق.”

المرجع: “تأكيد فرضية بريسلو: وجود كاربين مستقر في الماء السائل” بقلم فارون تيج رافيبرولو، آرون جريجوري، إسحاق باندا، سكوت جي. مكارثر، سارة إي. مكارثر، ويليام أ. جودارد الثالث، تشارلز ب. لافالو، 11 أبريل 2025، تقدم العلوم.
دوى: 10.1126/sciadv.adr9681

تم تمويل الدراسة من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم.

نُشرت نسخة من هذه المقالة في الأصل في مايو 2025.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.