科学家首次证实67年前的维生素B1理论

科学家首次在水中稳定“短命”卡宾分子，证实了尘封67年的维生素B1理论，为绿色化学带来曙光。

一个尘封了长达67年的关于维生素B1的科学猜想，如今终于得到了证实。化学家们完成了一项曾被认为绝无可能的壮举：在水中成功生成并稳定了一种极其活跃的分子。这项突破性的成就，不仅揭开了一个长久以来的生物化学谜团，更为开发更环保、更高效的药物制造途径铺平了道路。

故事的主角是一种被称为“卡宾”(carbene)的特殊分子。卡宾的独特之处在于其核心的碳原子周围只有六个价电子，而非通常稳定的八个。这使得它如同一个精力过剩的化学“顽童”，性质极不稳定，反应活性极高，尤其是在水的环境中，几乎瞬间就会“夭折”分解。然而，就是这样一种难以捉摸的分子，几十年来，科学家们一直猜测，我们日常所需的维生素B1(也就是硫胺素)，在人体细胞内可能正是通过变身为一种类似卡宾的结构，来驱动着那些维持生命运转的关键化学反应。

而现在，历史被改写了。研究人员不仅首次成功地在水环境中创造出了稳定的卡宾，更令人难以置信的是，他们还成功地将其分离出来，小心翼翼地封存在试管之中。令人惊叹的是，这个曾经被认为“见水即逝”的分子，在试管中安然无恙地存在了好几个月，彻底颠覆了以往的认知。这一里程碑式的发现，详细记录在最近发表于《科学进展》杂志的一篇论文中。

“这绝对是开创性的工作，是人类首次在水中捕捉到稳定存在的卡宾分子，”该论文的通讯作者、加州大学河滨分校的化学教授 Vincent Lavallo 难掩激动地表示。“过去，很多人觉得这简直是天方夜谭。但事实摆在眼前，Breslow 当年的想法是对的。”

他口中的 Breslow，指的是哥伦比亚大学的著名化学家 Ronald Breslow。早在1958年，Breslow 就极具前瞻性地提出，维生素B1在体内可能正是通过转变成卡宾这种活性形式，来催化那些至关重要的生物化学反应。Breslow 的理论虽然极具吸引力，逻辑上也看似合理，但由于卡宾分子本身极其“短命”，尤其是在水环境中几乎无法稳定存在，这使得科学家们在长达半个多世纪的时间里，都无法拿出确凿的证据来证明它在真实的生物体系内确实存在。

Lavallo 的团队是如何攻克这个难题的呢？他们巧妙地为这个活跃的卡宾分子量身定做了一套“盔甲”——这是一种他们在实验室里精心合成出来的特殊分子结构，能够像盾牌一样，将卡宾最活跃的核心部分严密地保护起来，隔绝水分子和其他可能来“捣乱”的分子的干扰。正是这身“盔甲”，赋予了卡宾前所未有的稳定性，使其能够经受住核磁共振波谱和X射线晶体学等精密仪器的检测分析。这些分析结果，为“卡宾确实可以在水环境中稳定存在”这一结论，提供了无可辩驳的铁证。

“最初，我们合成这些活性分子，主要是为了深入探索它们自身的化学特性和反应行为，并非刻意要去验证某个尘封已久的历史理论，”研究的第一作者 Varun Raviprolu 回忆道。他在加州大学河滨分校攻读研究生期间完成了这项关键研究，目前已是加州大学洛杉矶分校的一名博士后研究员。“然而，研究的走向有时就是如此奇妙，我们的工作最终却不偏不倚地，完美印证了 Breslow 在那么多年前提出的那个深刻洞见。”

这项发现的意义远不止于为一桩科学悬案画上句号。它还蕴藏着巨大的实际应用潜力。在现代化学工业中，卡宾分子常常扮演着“配体”的角色，简单来说，就是像支架一样，支撑和辅助金属催化剂发挥作用。而这些金属催化剂正是合成药物、燃料以及各种新材料不可或缺的“化学引擎”。然而，目前绝大多数依赖这些催化剂的化学反应，都需要在有毒且昂贵的有机溶剂中进行。现在，既然研究人员已经找到了在水中稳定卡宾的方法，这就为将这些重要的化学反应转移到更环保、成本更低、也更安全的水性环境中进行，打开了一扇充满希望的大门。

“水，无疑是最理想的溶剂，” Raviprolu 补充道，“它取之不尽，用之不竭，对环境友好，而且完全无毒。如果我们能够成功驾驭这些强大的催化剂，让它们在水中高效工作，那无疑将是推动‘绿色化学’发展的一大飞跃。”

水稳定的“卡宾”，如通过X射线衍射仪所见。

更深一层来看，确认像卡宾这样高度活跃的化学中间体能够在主要由水构成的细胞环境中生成并稳定存在，也让我们离真正理解并模仿生命体内那精妙绝伦的化学反应过程，又迈进了一大步。

“科学界还存在许多其他类似卡宾的、极其活跃却又难以捉摸的化学中间体，我们至今未能一睹其真容，” Lavallo 展望道。“这次的成功经验告诉我们，运用类似我们这种巧妙的‘保护策略’，或许未来我们终将有机会‘捕捉’到它们，仔细研究它们，并从这些自然的化学大师身上学到更多东西。”

对于 Lavallo 教授而言，这一刻的意义非同寻常。他将自己职业生涯中的整整二十载光阴，都倾注在了卡宾分子的设计与研究上。因此，这项突破对他来说，既是专业领域的一座高峰，也带有一份深刻的个人情结。

“回想仅仅三十年前，科学界的主流观点甚至认为这类分子根本不可能被人工合成出来，”他感慨道。“而现在，我们不仅做到了，还能将它们稳定地‘装’在水里！这再次证明，Breslow 在那么久远之前提出的见解，是多么富有洞察力——他是完全正确的。”

而对于年轻的 Raviprolu 来说，这段激动人心的科研经历更像是一次深刻的启示：在科学探索的道路上，永不言弃是多么重要。

“永远不要低估持续投入科学研究的力量，”他总结道，“因为今天看似遥不可及的梦想，只要我们坚持探索，或许在不远的明天，就能变为现实。”

本文译自 UC Riverside，由 BALI 编辑发布。