本文來自微信公眾號：原理，作者：糖獸

硫胺素，即大眾熟知的維生素B1，是人類與其他生物不可或缺的微量營養(yǎng)素。

1958年，化學(xué)家Ronald Breslow提出假說：維生素B1在細(xì)胞內(nèi)可轉(zhuǎn)化為卡賓分子，驅(qū)動體內(nèi)生化反應(yīng)。但該假說長期存爭議——無論過去還是現(xiàn)在，卡賓都被認(rèn)為極不穩(wěn)定，尤其在水中會迅速反應(yīng)、難以存續(xù)，因此人們始終無法證明其能存在于生物環(huán)境中。

《科學(xué)進(jìn)展》新發(fā)表的研究中，團(tuán)隊(duì)不僅在水中生成穩(wěn)定卡賓，還將其分離密封于試管，觀察到它能完好保存數(shù)月。這一發(fā)現(xiàn)，終于證實(shí)了Breslow六十多年前提出的、長期無法直接驗(yàn)證的維生素B1假說。

水中穩(wěn)定卡賓的突破

卡賓（碳烯）是以二價(jià)碳原子為中心的中性化合物，中心碳原子僅6個價(jià)電子，還有一對未共享電子。通常碳原子8個電子時更穩(wěn)定，6個電子會使其化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定、反應(yīng)性強(qiáng)，在水中常立即分解。

數(shù)十年來，科學(xué)家懷疑維生素B1可能在細(xì)胞內(nèi)形成類卡賓結(jié)構(gòu)，參與關(guān)鍵生化反應(yīng)。此次研究首次在水中觀察到穩(wěn)定卡賓——被命名為卡賓7'。

研究成功的關(guān)鍵在于，團(tuán)隊(duì)為卡賓7'“穿上”一層實(shí)驗(yàn)室合成的分子“盔甲”，將高反應(yīng)性中心位點(diǎn)與水及其他分子隔離，得到的結(jié)構(gòu)在液態(tài)水溶液中似乎能無限期穩(wěn)定存在。

由X射線衍射儀觀察到的在水中穩(wěn)定的卡賓。（圖/Lavallo Lab/UCR）

此外，研究人員通過核磁共振波譜和X射線晶體學(xué)研究，不僅為“卡賓可在水中穩(wěn)定存在”提供確鑿證據(jù)，還證明它們能直接在水中生成。

研究人員稱，最初制備這些高反應(yīng)性分子是為探索其化學(xué)性質(zhì)，沒想到意外證實(shí)了Breslow多年前的設(shè)想。

從生化謎題到綠色化學(xué)新可能

這一發(fā)現(xiàn)除證實(shí)生化假說外，還具有實(shí)際意義——為開發(fā)更綠色、高效的制藥方法開辟了道路。

卡賓常作為金屬催化劑的配體（支撐并調(diào)控金屬反應(yīng)中心的結(jié)構(gòu)單元），這類金屬催化劑是制造藥物、燃料及其他材料的重要工具。目前相關(guān)過程多依賴有毒有機(jī)溶劑，而團(tuán)隊(duì)在水中穩(wěn)定卡賓的方法，或能讓這些反應(yīng)更清潔、便宜且安全。

水是理想溶劑，儲量豐富、無毒且環(huán)境友好。若能讓這些高效催化劑在水中發(fā)揮作用，將是綠色化學(xué)的重要一步。同時，已知高反應(yīng)性中間分子可在水中生成并存活，也讓科學(xué)家更接近模擬細(xì)胞內(nèi)天然化學(xué)過程。

此外，化學(xué)領(lǐng)域還有許多類似卡賓的高反應(yīng)性中間體，科學(xué)家一直無法分離。借助本研究的保護(hù)策略，化學(xué)家未來或許能觀測并研究這些中間體。

#參考來源：

https://news.ucr.edu/articles/2025/04/21/scientists-finally-confirm-vitamin-b1-hypothesis-1958

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr9681

https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/carbene