Des chimistes de l’Université de Californie – Riverside et d’autres groupes de recherche, parviennent, aujourd’hui à stabiliser une molécule réactive dans l’eau – un exploit longtemps considéré comme impossible. Ces performances relèvent non seulement un défi biochimique, mais ouvrent également la voie à des méthodes de fabrication de produits pharmaceutiques plus écologiques et plus efficaces.
« Il y a seulement 30 ans, on pensait que ces molécules étaient impossibles à fabriquer.
Aujourd’hui, on peut les mettre en bouteille dans de l’eau ».
La molécule en question est un carbène, un type d’atome de carbone. Généralement, le carbone est stable avec 8 électrons autour de lui. Avec seulement 6, il devient chimiquement instable et hautement réactif. Dans l’eau, il se décompose généralement instantanément.
Par ailleurs, depuis des décennies, les scientifiques soupçonnent que la vitamine B1, également connue sous le nom de thiamine, pourrait former une structure semblable à un carbène dans nos cellules pour assurer des réactions vitales dans l’organisme.
Un carbène stable dans l’eau ?
Pour la première fois, des chercheurs non seulement génèrent un carbène stable dans l’eau, mais
ils parviennent à l’isoler et le sceller dans un tube,
de manière à conserver son état intact pendant des mois.
L’hypothèse de Ronald Breslow : Ce chimiste de l’Université Columbia suggérait en effet dès 1958 que la vitamine B1 pouvait se convertir en carbène pour induire des transformations biochimiques dans l’organisme. Si l’idée était séduisante, l’instabilité des carbènes, surtout dans l’eau, rendait impossible leur existence dans un environnement biologique.
Des équipes de recherche sont parvenues, en enveloppant le carbène dans une « armure », une molécule synthétisée en laboratoire qui protège le centre réactif de l’eau et des autres molécules et forme une structure suffisamment stable pour être étudiée par spectroscopie par résonance magnétique nucléaire et cristallographie aux rayons X. Elles apportent aujourd’hui la preuve concluante que de tels carbènes peuvent exister et subsister dans l’eau. Cette performance confirme l’hypothèse de Breslow proposée des années.
Quelles implications ? Alors que les carbènes sont souvent utilisés comme « ligands », ou structures de support, dans les catalyseurs métalliques, ces outils chimiques indispensables à la production de produits pharmaceutiques, la méthode mise en œuvre l’équipe pour stabiliser les carbènes dans l’eau va permettre de rendre ces réactions plus propres, moins coûteuses et plus sûres.
« L’eau est le solvant idéal : elle est abondante, non toxique et respectueuse de l’environnement.
Si nous parvenons à faire fonctionner ces puissants catalyseurs dans l’eau, ce sera un grand pas vers une chimie plus verte ». Savoir que de telles molécules intermédiaires réactives peuvent être générées et survivre dans l’eau rapproche également les scientifiques de la reproduction de la chimie naturelle des cellules, principalement constituées d’eau.
« Il y a seulement 30 ans, on pensait que ces molécules étaient impossibles à fabriquer », conclut une équipe de recherche.
Biblio:
- Science Advances 11 April, 2025 DOI :10.1126/sciadv.adr9681 Confirmation of Breslow’s hypothesis: A carbene stable in liquid water
- Bio Inorganic Chemistry and Applications April 2007 DOI : 10.1155/2007/23286 New Perspectives on Thiamine Catalysis: From Enzymic to Biomimetic Catalysis
- International Journal of Molecular SciencesDec, 2022 DOI: 0.3390/ijms24032068 New Role of Water in Transketolase Catalysis
- Journal of the American Chemical Society, 1954 DOI: 10.1021/ja01631a071 Mechanism of Thiamine-catalyzed Reactions
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