突破！科学家让水中稳定存在的神秘分子现身，验证维生素B1理论

最近，一群化学家完成了一项前所未有的任务：他们成功让一种在水中极不稳定、极易发生反应的卡宾分子稳定了下来，这不仅证实了一个有着 67 年历史的关于维生素 B1 的理论，还为化学制造开辟了一条更环保的道路。

卡宾分子是一种特殊的碳原子形式，它的最外层电子只有 6 个，而不是通常的 8 个。这种电子缺失的情况，让卡宾分子极其不稳定，特别容易发生化学反应，尤其是在水中，它几乎瞬间就会分解。但是，几十年来，科学家们一直怀疑，维生素 B1（也就是硫胺素）在人体进行一些重要反应的过程中，可能会形成一种类似卡宾的中间产物。

早在 1958 年，哥伦比亚大学的化学家罗纳德・布雷斯洛就提出，维生素 B1 可以转化为卡宾，从而推动人体内的生物化学转化。这个想法很有说服力，可卡宾分子实在太不稳定了，尤其是在水中，所以一直没有人能证明它真的能在生物环境里存在。

如今，研究人员首次成功在水中制造出了稳定的卡宾分子。他们不仅把它分离出来，装进容器里，而且观察到它在几个月的时间里都保持完好。相关研究成果发表在了《科学进展》杂志上。

加利福尼亚大学河滨分校的化学教授文森特・拉瓦洛是这篇论文的通讯作者，他表示：“这是人类首次在水中观察到稳定的卡宾分子，以前人们都觉得这是个疯狂的想法，现在看来，布雷斯洛是对的。”

拉瓦洛的团队是怎么做到的呢？他们给卡宾分子穿上了一件 “盔甲”，也就是在实验室里合成了一种特殊的分子，用它把卡宾分子的反应中心包裹起来，和水以及其他分子隔离开。这样一来，生成的结构就足够稳定，可以用核磁共振光谱和 X 射线晶体学进行研究，确凿地证明了这类卡宾分子能在水中存在。

论文的第一作者瓦伦・拉维普罗卢说：“我们最初制造这些反应性分子，只是为了探索它们的化学性质，并不是为了验证这个历史悠久的理论。但没想到，我们的研究最终证实了布雷斯洛多年前提出的设想。”

这项发现可不只是证实了一个生物化学假设，它还有很重要的实际意义。卡宾分子常常被用作金属基催化剂里的 “配体”，也就是起支撑作用的结构，而金属基催化剂在生产药品、燃料和其他材料时都大有用处。不过，目前大多数相关生产过程都要依赖有毒的有机溶剂。而研究人员让卡宾分子在水中稳定存在的方法，有可能让这些反应变得更清洁、成本更低，也更安全。

瓦伦・拉维普罗卢还说：“水是最理想的溶剂，它储量丰富、无毒，还很环保。如果我们能让这些强大的催化剂在水中发挥作用，那就向绿色化学迈进了一大步。”

此外，知道这种反应性中间分子能在水中生成并稳定存在，也让科学家们更接近模拟细胞内自然发生的化学反应了，毕竟细胞里大部分成分都是水。文森特・拉瓦洛说：“还有其他像这样的反应性中间产物，我们一直没办法分离出来。利用我们这种保护策略，也许最终就能观察到它们，并从中获得新的发现。”

对于研究卡宾分子长达 20 年的拉瓦洛来说，这一刻意义非凡；而对拉维普罗卢而言，这次发现也让他坚信，科学研究一定要坚持不懈，“今天看似不可能的事，只要我们持续投入科研，明天也许就能实现。”

参考资料：DOI: 10.1126/sciadv.adr9681