硫胺素，也就是人们更常说的维生素B1，是人类及其他生物所必需的一种微量营养素。
1958年，化学家Ronald Breslow提出，维生素B1在细胞内可以转化为一种名为卡宾的分子，从而驱动体内的生化转化。然而，Breslow的这一假说颇具争议，因为无论在当时还是今天，卡宾都被认为极不稳定，尤其是在水中——会迅速反应、难以稳定存在。因此，人们一直无法证明卡宾确实能存在于生物环境中。
在一项新发表于《科学进展》的研究中，一个研究团队不仅在水中生成了一种稳定的卡宾，还将其分离出来，密封在试管中，并观察到它能在数月内保持完好。而这一发现，也证实了Breslow在60多年前提出的那个长期无法被直接验证的维生素B1假说。
在水中稳定卡宾
卡宾，又称碳烯，是一种以二价碳原子为中心的中性化合物。换言之，卡宾中的碳原子上仅有6个价电子，还有一对不与其他原子共享的电子。通常情况下，碳原子周围有8个电子时会比较稳定；只有6个电子时，它在化学上会变得不稳定，并且表现出很高的反应性。在水中，它通常会立刻分解。
几十年来，科学家一直怀疑，维生素B1可能会在我们的细胞内形成一种类似卡宾的结构，从而执行体内一些至关重要的反应。而这一次，科学家却首次得以在水中观察到稳定的卡宾——名为卡宾7'。
这项研究之所以成功，是因为研究人员给卡宾7'穿上了一层“盔甲”——一种在实验室中合成的分子结构，能够把这个高反应性的中心位点与水和其他分子隔离开来。由此得到的结构稳定到似乎能在液态水溶液中无限期存在。
由X射线衍射仪观察到的在水中稳定的卡宾。（图/Lavallo Lab/UCR）
此外，研究人员还对这种卡宾进行了核磁共振波谱和X射线晶体学研究。这些光谱学研究不仅为“这种卡宾可以稳定存在于水中”提供了确凿证据，还表明它们能够直接在水中生成。
研究人员表示，他们制备这些高反应性分子的初衷，是为了探索它们本身的化学性质，结果却意外证实了Breslow多年前提出的设想。
从生化谜题到绿色化学
这一发现除了证实一个生物化学假说外，也具有实际意义——它为开发更绿色、更高效的制药方法打开了大门。
卡宾常常在金属催化剂中充当配体，也就是支撑并调控金属反应中心的结构单元；而这类金属催化剂正是制造药物、燃料及其他材料的重要化学工具。如今，这些过程大多依赖于有毒的有机溶剂。研究人员这套在水中稳定卡宾的方法，可能有助于让这些反应变得更清洁、更便宜，也更安全。
水是理想的溶剂，它的储量丰富、无毒，而且环境友好。如果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重要一步。而且，既然如今已知这种高反应性的中间分子能够在水中生成并存活，那么科学家也就离模拟细胞内天然发生的化学过程更近了一步。
另外，在化学领域，还存在许多像卡宾一样的高反应性中间体，科学家一直无法把它们真正分离出来。借助这项研究所采用的保护策略，或许化学家们终有一天能看见它们，并从中学到东西。
#参考来源：
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
#图片来源："