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維生素B₁₂是人類最重要的維生素之一，是細胞代謝、神經系統運作、製造血紅素等等的必要物質。但它卻也是最容易被忽視的維生素，特別在東方飲食文化肉食較少者，尤其素食主義者，更容易造成維生素B₁₂缺乏症。它是歷史上最後被發現與成功合成的幾個維生素之一，而我們今日能夠很方便的購買到維生素B₁₂，可說是化學家們的傑出成果大功一件！

維生素B₁₂的發現

中國人從東漢末年華陀那時候就知道吃肝補血，而西方則始於1849年英國內科醫生愛迪生（Thomas Addison）的報導，他發現一種惡性貧血（pernicious anemia）的疾病，病人往往因嚴重貧血而飽受折磨，且苦於無法治療，直到1926年美國哈佛醫學院才發現，大量攝取含有肝臟的食品，可以使這種貧血得到控制。1948年，化學家們從肝臟濃縮物中分離出一種紅色的晶體，並證明這種物質治療惡性貧血效果顯著，就把這種紅色的物質稱為維生素B₁₂。人類經歷了一千多年的時間，才發現維生素B₁₂，當時若要取得維生素B₁₂，非得從動物肝臟中萃取不可，因此非常的昂貴，因為常見的食物中很少存有維生素B₁₂。由於是治療貧血最有效的藥劑，化學家們無不希望能夠透過合成的方式，取得較便宜的維生素B₁₂，但是，就化學而言，找到一個新分子是一回事，合成它卻是另一回事，因為此時還不知道這個分子長得什麼樣子呢！化學家要合成一個分子，絕對無法憑空想像找到合成的步驟，必須先知道它的化學成份，也就是分子式，更需要立體結構上的資訊，需要知道這個分子中的每一個原子在空間上的相對位置，才有辦法嘗試去合成。

維生素B₁₂由於成分與結構上的特殊性，加上怕酸、怕鹼、不耐高溫，性質非常脆弱，因此在結構資訊的取得上就變得非常的困難，動用了當時所有的儀器，都是無解。直到西元1956年，傑出的X光結晶學家，諾貝爾化學獎得主霍奇金（Dorothy Hodgkin,1910~1994）才利用X光單晶繞射解析的方式，解出維生素B₁₂的分子結構（圖一），這是化學史上第一個不靠其他各種光譜分析，只靠著晶體解析定出化合物結構的化學分子。

圖一：（A）維生素B₁₂的結構式；（B）維生素B₁₂的立體結構；

（C）簡化以後的維生素B₁₂立體結構。

精細而複雜的結構

維生素B₁₂的結構非常複雜，含有6種總共181個原子，63個碳、88個氫、14個氧、14個氮、1個磷以及1個鈷。從圖一A中我們可以看到維生素B₁₂分子的平面結構，從圖一B的立體結構，則能夠看清楚分子結構的複雜性；為了能更清楚的了解，分子的結構的示意圖如圖一C。

分子中心帶著一個在生物分子中非常少見的鈷離子（如圖一C右側球狀物），它被四個五元環構成的大環包圍著，我們稱這樣的大環為咕啉環（corrin），每個五元環上都接了不同的官能基，分別取名為ABCD（如圖二），它們長得不一樣，而且彼此之間連結的方法也不盡相同，有個長尾巴則接在D環上頭。這個長尾巴的末端還有一小股像DNA的官能基稱為腺苷（adenosine）——含有磷酸基、核醣基與腺嘌呤，腺嘌呤上有一個氮原子與中心的鈷離子鍵結。

圖二 : 維生素B₁₂的主要結構示意圖。

對掌中心是化學合成的挑戰

這個敘述起來讓人昏頭轉向的分子結構，還隱藏著合成化學的最大挑戰，在ABCD四個環上還包含了九個具有對掌中心的碳原子，才是化學家們最大的夢魘。所謂的對掌中心（圖三），是指成份完全相同的兩個分子，中心所接的官能基位置不同，以致於結構像照鏡子一樣互為鏡像，看起來相似卻沒辦法重疊，就像我們的左右手的不同，這兩個組成相同結構相異的鏡像分子，通常具有完全不同的生物化學活性。假設在不加控制下去合成具有一個對掌中心的分子，就會得到一對鏡像分子，如果合成的技術和運氣都夠好，產率為100%，那麼每進行一次反應也只能拿到一半的正確產物，維生素B₁₂分子上有9個對掌中心，所以合成起來是多麼地困難！而我們還沒討論到，這些異構物更是難以分離呢！很多生物化學分子具有對掌中心，在自然界中靠著酶（酵素）的幫忙，催化這些正確位置上的原子，以形成需要的結構。化學家當然也有這樣的秘密武器，催化劑可以篩選控制這些結構異構物，可惜的是我們擁有的「掌性催化劑」數量極為有限。維生素B₁₂的結構可以說是大自然給化學家下的一個挑戰書，在當時，這幾乎是不可能的任務。……【更多內容請閱讀科學月刊第522期】

圖三：含有對掌中心的立體異構物－－胺基酸為例。（網路圖片）