Năm 1958, nhà hóa học Ronald Breslow từng cho rằng vitamin B1 (thiamine) có thể chuyển hóa tạm thời thành một cấu trúc giống carbene để thúc đẩy các phản ứng sinh hóa quan trọng trong cơ thể.
Tuy nhiên, ý tưởng này đã vấp phải sự hoài nghi lớn từ giới khoa học thời bấy giờ vì carbene là loại phân tử cực kỳ bất ổn với chỉ 6 electron hóa trị thay vì 8 như bình thường, khiến chúng phản ứng ngay lập tức với môi trường xung quanh, đặc biệt là trong môi trường nước.
Mới đây, một nhóm nghiên cứu tại Đại học California cơ sở Riverside (Mỹ), được dẫn dắt bởi Giáo sư Vincent Lavallo, đã thực hiện thành công điều mà nhiều người từng cho là không thể: ổn định phân tử carbene ngay trong nước.
Bằng cách thiết kế một lớp vỏ bảo vệ đặc biệt được ví như "bộ giáp" bao quanh trung tâm phản ứng, các nhà khoa học đã ngăn chặn hiệu quả sự tiếp xúc giữa carbene với nước và các phân tử khác. Nhờ bước tiến này, phân tử carbene không chỉ được tạo ra mà còn có thể tồn tại ổn định trong nhiều tháng khi được niêm phong trong ống thủy tinh.
Giả thuyết về việc vitamin B1 có thể chuyển hóa tạm thời thành một cấu trúc giống carbene đã được chứng minh sau 67 năm. Ảnh minh họa: Picas Joe/Pexels
Thành tựu trên đã được công bố trên tạp chí Science Advances, đánh dấu lần đầu tiên carbene ổn định trong nước được quan sát trực tiếp thông qua kính hiển vi quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân và tinh thể học tia X.
Dù mục tiêu ban đầu của nhóm nghiên cứu không phải là kiểm chứng lý thuyết lịch sử, kết quả thu được lại trùng khớp hoàn hảo với những gì Ronald Breslow đã dự đoán từ năm 1958. Giáo sư Lavallo chia sẻ rằng cách đây 30 năm, nhiều nhà khoa học vẫn tin rằng những phân tử này không thể tổng hợp được, nhưng giờ đây họ đã có thể "đóng chai" chúng trong nước.
Phát hiện này không chỉ giải mã một bí ẩn sinh hóa lâu đời mà còn mang lại triển vọng thực tiễn vô cùng lớn cho ngành công nghiệp. Hiện nay, carbene được sử dụng rộng rãi làm ligand trong các chất xúc tác kim loại để sản xuất dược phẩm, nhiên liệu và vật liệu công nghiệp, nhưng các quy trình này thường phải phụ thuộc vào những dung môi hữu cơ độc hại.
Việc ổn định được carbene trong nước mở ra cơ hội chuyển đổi sang sử dụng nước làm dung môi chính, vốn là nguồn tài nguyên dồi dào, không độc hại và thân thiện với môi trường. Theo nhà nghiên cứu Varun Raviprolu, đây là một bước tiến quan trọng hướng tới hóa học xanh, cho phép vận hành các chất xúc tác mạnh mẽ trong môi trường nước lý tưởng.
Bên cạnh đó, thành tựu này còn giúp các nhà khoa học tiến gần hơn đến việc tái tạo chính xác các phản ứng hóa học diễn ra bên trong tế bào sống. Với chiến lược bảo vệ tương tự, nhiều chất trung gian phản ứng khác từng bị xem là không thể tách biệt giờ đây có thể được đưa vào nghiên cứu sâu hơn.
Hành trình chứng minh giả thuyết của Ronald Breslow không chỉ mang ý nghĩa khoa học thuần túy mà còn là minh chứng cho sức mạnh của sự kiên trì trong nghiên cứu, mở ra cánh cửa cho những bước tiến mới trong y sinh và sản xuất sạch.
