打破化學鐵律！科學家幫分子「穿盔甲」 終獲證實維生素B1瘋狂理論

加州大學河濱分校化學教授拉瓦洛（Vincent Lavallo，左）與共同作者葛列格里（Aaron Gregory，右）在實驗室合影。該團隊成功打破化學鐵律，合成出能在水中穩定的卡賓分子，證實了67年前關於維生素B1運作機制的「瘋狂」假說。（取自加州大學河濱分校）

〔編譯陳成良／綜合報導〕化學界一項被視為「不可能任務」的理論爭議近日獲得證實。加州大學河濱分校（UCR）研究團隊成功合成出一種能在水中長期穩定的「卡賓」（Carbene）分子，打破該物質遇水即毀的傳統認知。這項發現不僅提供了維生素B1（硫胺素）運作機制的實測證據，更有望推動工業界改用無毒水溶劑進行藥物合成。

打造「分子盔甲」 挑戰化學禁忌

卡賓是一種反應活性極高的碳物種。早在 1958 年，哥倫比亞大學化學家布雷斯洛（Ronald Breslow）便提出假說，認為維生素 B1 在細胞內代謝時會形成類似卡賓的中間體。然而，由於人體環境充滿水分，而卡賓在水中通常會瞬間分解，布雷斯洛的觀點在當時被視為「瘋狂」，且數十年間缺乏直接證據。

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據《SciTechDaily》報導，拉瓦洛（Vincent Lavallo）教授的團隊透過精密分子工程，利用高度氯化的碳硼烷支架包裹卡賓中心，為其穿上「分子盔甲」。這種擁擠的3D結構能物理性阻隔水分子攻擊卡賓的活性端，實驗證實該分子在水中放置數月仍未分解。

研究團隊強調，雖然人體酵素並非使用相同的含氯結構，但此研究證明了只要有特定的「微環境」保護，卡賓確實能在水環境中穩定存續。這解釋了依賴硫胺素的酵素，如何在細胞水相環境中透過穩定高能中間體來進行催化。

這就是打破化學鐵律的「水中穩定卡賓」分子結構圖。科學家利用兩側龐大的原子團（圖中紅綠色球體部分）作為「分子盔甲」，將中間核心的高活性碳原子嚴密包裹保護，使其免受水分子攻擊，從而證實了維生素B1在人體內運作的關鍵機制。（取自加州大學河濱分校）

論文第一作者拉維普羅盧（Varun Raviprolu）指出，這項突破對工業應用具深遠意義。卡賓常作為金屬催化劑的配體，現行製程多依賴易燃或有毒的有機溶劑。拉維普羅盧表示，若能將水中穩定的概念應用於催化劑設計，未來製造業有望改用環保的水作為溶劑，「這將是邁向綠色化學的一大步」。

揭開「隱形中間體」真面目

此研究成果近日發表於《科學進展》（Science Advances）期刊。拉瓦洛教授指出，科學界仍有許多因反應性過高而無法觀測的「隱形中間體」，透過類似的保護策略，研究人員將能直接觀察並學習這些反應路徑。

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