科研人員使用X射線衍射儀研究σ鍵。圖片來(lái)源:日本北海道大學(xué)

日本北海道大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種特殊的化合物,其中兩個(gè)碳原子通過(guò)共享一個(gè)電子形成了非常穩(wěn)定的共價(jià)鍵,這種鍵被稱為σ鍵。這一發(fā)現(xiàn)證實(shí)了一個(gè)已有百年歷史的理論,并被發(fā)表在最新一期《自然》雜志上。

共價(jià)鍵是有機(jī)化學(xué)中最為基礎(chǔ)的連接方式之一,通常是由兩個(gè)原子共同分享一對(duì)電子而形成的。1931年,諾貝爾獎(jiǎng)得主萊納斯·卡爾·鮑林提出,理論上存在只由一個(gè)未成對(duì)電子構(gòu)成的共價(jià)鍵,但這類單電子鍵可能比常規(guī)的雙電子共價(jià)鍵要弱很多。自那以后,科學(xué)家確實(shí)觀察到了一些單電子鍵的存在,但在碳或氫這樣的元素之間卻從未見(jiàn)過(guò)。找到碳原子間能夠形成單電子鍵的情況,一直是科學(xué)界的一個(gè)挑戰(zhàn)。

研究人員認(rèn)為,明確碳原子之間的單電子σ鍵特性對(duì)于深化對(duì)化學(xué)鍵的理解非常重要,并且將有助于進(jìn)一步揭示化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理。在這個(gè)研究中,當(dāng)一種含有很長(zhǎng)雙電子共價(jià)鍵的六苯乙烷衍生物與碘發(fā)生氧化反應(yīng)時(shí),就產(chǎn)生了這種單電子鍵。

反應(yīng)后生成了深紫色的碘鹽晶體。通過(guò)對(duì)這些晶體進(jìn)行X射線衍射分析,研究人員發(fā)現(xiàn)碳原子之間的距離異常接近,這表明它們之間存在著單電子共價(jià)鍵。為了確認(rèn)這一點(diǎn),他們還采用了拉曼光譜技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證。

這是首次實(shí)驗(yàn)證明了碳-碳之間可以形成單電子共價(jià)鍵。該成果為探索這種罕見(jiàn)類型的化學(xué)鍵打開(kāi)了新的大門,并可能推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。