这一发现解开了关于维生素B1长达67年的生化之谜

Confirmation of Breslow’s hypothesis: A carbene stable in liquid water

　　

化学家们通过稳定水中的一种活性分子，证实了一个67年前关于维生素B1的理论——这一壮举长期以来被认为是不可能的。这一发现不仅解开了一个生物化学之谜，而且为更环保、更有效的制药方式打开了大门。

这个分子是碳烯，一种只有6个价电子的碳原子。一般来说，碳原子周围有8个电子时是稳定的。它只有6个电子，化学性质不稳定，反应性很强。在水中，它通常会立即分解。但几十年来，科学家们一直怀疑维生素B1，也被称为硫胺素，可能在我们的细胞中形成一种类似碳的结构，以在体内进行重要的反应。

现在，研究人员第一次不仅在水中产生了稳定的二氧化碳，而且还将其分离出来，密封在管子里，并观察它完好无损地保持了几个月。这一发现发表在《Science Advances》杂志上的一篇新论文中。

加州大学河滨分校的化学教授Vincent Lavallo是这篇论文的通讯作者，他说：“这是第一次有人能够在水中观察到稳定的二氧化碳。人们认为这是一个疯狂的想法。但事实证明，布雷斯洛是对的。”

他指的是哥伦比亚大学化学家罗纳德·布雷斯洛（Ronald Breslow），他在1958年提出，维生素B1可以转化为一种碳，从而推动体内的生化转变。布雷斯洛的想法很有说服力，但是碳烯（carbenes ）太不稳定了——尤其是在水中——没有人能证明它们确实存在于生物环境中。

Lavallo的团队成功地将碳烯包裹在他所谓的“盔甲”中，这是他们在实验室合成的一种分子，可以保护反应中心不受水和其他分子的影响。得到的结构足够稳定，可以用核磁共振波谱和X射线晶体学进行研究——这为像这样的碳烯可以存在于水中提供了确凿的证据。

“我们制造这些反应性分子是为了探索它们的化学性质，而不是追求一个历史理论，”第一作者Varun Raviprolu说，他在UCR读研究生时完成了这项研究，现在是加州大学洛杉矶分校的博士后研究员。“但事实证明，我们的工作最终证实了布雷斯洛多年前提出的观点。”

这一发现不仅证实了一个生化假说，还具有实际意义。在金属基催化剂中，碳烯常被用作“配体”或支撑结构。金属基催化剂是用于生产药品、燃料和其他材料的化学主力。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碳烯的方法有助于使这些反应更清洁、更便宜、更安全。

“水是理想的溶剂——它丰富、无毒、环保，”Lavallo说。“如果我们能让这些强大的催化剂在水中发挥作用，那将是迈向绿色化学的一大步。”

知道这种反应性中间分子可以在水中产生并存活，也使科学家们更接近于模仿细胞中自然发生的那种化学反应——细胞主要是由水构成的。

Lavallo说：“还有其他的活性中间体，我们从来没有能够分离出来，就像这个一样。”“使用像我们这样的保护策略，我们可能最终能够看到它们，并从中吸取教训。”

Lavallo花了20年时间设计carbenes，对于他来说，这个时刻既是职业的，也是个人的。

“就在30年前，人们甚至认为这些分子是不可能被制造出来的，”他说。“现在我们可以把它们装在瓶子里。布雷斯洛多年前说的话——他是对的。”

对Lavallo来说，这一发现提醒他要坚持科学研究和发现。

他说：“如果我们继续在科学上投资，今天看来不可能的事情明天可能成为可能。”