科学家们终于确认了1958年的维生素B1假说

这段分子是卡宾（carbene），一种只有六个价电子的碳原子类型。通常，碳在周围有八个电子时是稳定的。只有六个电子时，它在化学上是不稳定且高度反应的。在水中，它通常会立刻分解。但是数十年来，科学家们一直怀疑，维生素B1，亦称为硫胺素，可能会在我们的细胞中形成类似卡宾的结构，以执行体内的重要反应。

现在，研究人员首次不仅在水中生成了稳定的卡宾，而且还对其进行了分离，封装在管中，观察其在数月内保持完整。这一发现记录在发表在《科学进展》（Science Advances）上的一篇新论文中。

“这是第一次有人能够在水中观察到稳定的卡宾，”来自加州大学河滨分校的化学教授和该论文的通讯作者文森特·拉瓦洛（Vincent Lavallo）说。“人们认为这是一个疯狂的想法。但事实证明，布雷斯洛（Breslow）是对的。”

提到的是罗纳德·布雷斯洛（Ronald Breslow），这位哥伦比亚大学的化学家在1958年提出，维生素B1可以转化为卡宾，在体内驱动生物化学转化。布雷斯洛的想法引人注目，但卡宾在水中是如此不稳定，以至于没有人能够证明它们实际上在生物环境中存在。

拉瓦洛的团队成功之处在于用他所称的“护甲”将卡宾包裹起来，这是一种他们在实验室合成的分子，可以保护反应中心免受水和其他分子的影响。所产生的结构足够稳定，可以用核磁共振光谱和X射线晶体学进行研究——提供了卡宾可以在水中存在的确凿证据。

“我们制造这些反应性分子是为了探索它们的化学，而不是追逐一个历史理论，”第一作者瓦伦·拉维普罗卢（Varun Raviprolu）说，他在加州大学河滨分校完成了这项研究，如今是加州大学洛杉矶分校的博士后研究员。“但事实证明，我们的工作确实确认了布雷斯洛多年前所提出的内容。”

除了确认生物化学假设外，这一发现还具有实际意义。卡宾通常被用作金属催化剂中的“配体”或支撑结构——这些催化剂是用于生产药物、燃料和其他材料的化学工作马。这些过程大多依赖于有毒的有机溶剂。研究人员在水中稳定卡宾的方法可能有助于使这些反应更清洁、成本更低、更安全。

“水是理想的溶剂——它丰富、无毒且环保，”拉维普罗卢说。“如果我们能让这些强大的催化剂在水中工作，那将是朝着更绿色化学的重要一步。”

知道如此反应中间体分子可以在水中生成并存活，也让科学家们离模仿细胞中自然发生的化学反应又近了一步——细胞主要是由水构成的。

“还有其他我们从未能够分离的反应中间体，和这个一样，”拉瓦洛说。“利用像我们这样的保护策略，我们可能终于能够看到它们，并从中学习。”

对于拉瓦洛来说，经过二十年的卡宾设计，这一时刻既是职业上的也是个人的。

“就在30年前，人们认为这些分子甚至无法合成，”他说。“现在我们可以把它们瓶装在水中。布雷斯洛多年前所说的——他是对的。”

对拉维普罗卢来说，这一发现提醒人们在科学研究和发现中要坚持不懈。

“今天看似不可能的事情，明天可能就是可能的，只要我们继续投资于科学，”他说。