Un carbeno es una especie singular en Química Orgánica. Cuando se estudia la Química General y la Orgánica en particular siempre se menciona el famoso octeto de estabilidad. Es decir que el átomo está rodeado de 8 electrones en su ultima capa electrónica. Esto ya fue enunciado en 1917 por el gran Gilbert N. Lewis. A esta norma no escapa ni el carbono. O sí… Aquí es donde entra el carbeno, un átomo de carbono con solo 6 electrones y sin carga.

¿A efectos prácticos que significa esto? Que es una especie altamente reactiva y que, por lógica, esta deseosa de atrapar otro par de electrones para completar los 8. En Química a estas especies ansiosas de ir a por electrones los llamamos electrófilos.

Carbeno más sencillo

Sin embargo la particularidad de esta especies no terminan aquí. En determinadas circunstancias estos compuestos pueden tener cierta estabilidad e incluso ser medianamente estables. Uno de los primeros hitos contrastados en esta dirección fue la caracterización del carbeno de Arduengo en 1991. Las características electrónicas y el volumen de los sustituyentes que tiene al lado nuestro especial carbono, hacen de él algo más que efímero. Además este hecho permitió abrir el melón de algo bastante más importante como la preparación de determinados catalizadores para realizar unas reacciones llamadas de metátesis. Por estos catalizadores y sus correspondientes reacciones, que sirven tanto para crear nuevos materiales como para conseguir fármacos, Robert Grubbs recibió en 2005 el premio Nobel de Química junto con Richard Schrock y Yves Chauvin. 

Carbeno de Arduengo

Con todo lo que comentado hasta ahora podríamos pensar en que un carbeno es una especie sintética, hecha por el hombre y como tal vez diría Punset, nada natural. Y aquí es donde empieza su intervención el compuesto que da título al post, la vitamina B1. La vitamina B1 o tiamina es una compleja molécula fundamental como catalizador en diversos procesos del cuerpo humano. Con una pequeña modificación química participa decisivamente en la obtención del acetil-CoA, la molécula-gasolina de nuestro cuerpo. También participa en las últimas etapas de la fermentación alcohólica. El mecanismo es complicado y excelente para enseñar Química Orgánica. Ya en 1957 el gran químico Ronald Breslow postulo un posible intermedio carbeno a partir de la tiamina. Además, utilizó con éxito la tiamina como catalizador en reacciones química sencillas. Sin embargo, la formación de especies de carbeno estables sobre las enzimas parecía ser una perspectiva poco probable por su inestabilidad en medios fisiológicos.

Vitamina B1 o tiamina

En una reciente y excelente trabajo publicado en Nature Chemical Biology (http://www.nature.com/nchembio/journal/v9/n8/full/nchembio.1275.html) el profesor Tittmann y colaboradores han realizado un gran paso en la comprensión del mecanismo de catálisis de la tiamina. En la publicación nos presentan los datos espectroscópicos y estructurales de la tiamina unida a la correspondiente enzima en un complejo no covalente con el sustrato que va a catalizar. Esos datos implican la existencia de un carbeno estable. El título del articulo no puede ser más revelador: “Observation of a stable carbene at the active site of a thiamin enzyme” Las figuras que presentan son simplemente increíbles.

Propiedades geométricas del carbeno asociado al enzima http://www.nature.com/nchembio/journal/v9/n8/fig_tab/nchembio.1275_F3.html

Un carbeno, aquella especie altamente inestable, que más parece el resultado de la labor “diabólica” de los químicos que un producto de origen natural, esta presente todos los días, a todas horas, en el interior del cuerpo humano. Fascinante.

Este post participa en el XXVII Carnaval de Química, que se aloja en el blog Educación Química de Bernardo Herradón @QuimicaSociedad