科研人員使用X射線衍射儀研究σ鍵。圖片來源:日本北海道大學

日本北海道大學研究團隊發現了一種特殊的化合物,其中兩個碳原子通過共享一個電子形成了非常穩定的共價鍵,這種鍵被稱為σ鍵。這一發現證實了一個已有百年歷史的理論,并被發表在最新一期《自然》雜志上。

共價鍵是有機化學中最為基礎的連接方式之一,通常是由兩個原子共同分享一對電子而形成的。1931年,諾貝爾獎得主萊納斯·卡爾·鮑林提出,理論上存在只由一個未成對電子構成的共價鍵,但這類單電子鍵可能比常規的雙電子共價鍵要弱很多。自那以后,科學家確實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過。找到碳原子間能夠形成單電子鍵的情況,一直是科學界的一個挑戰。

研究人員認為,明確碳原子之間的單電子σ鍵特性對于深化對化學鍵的理解非常重要,并且將有助于進一步揭示化學反應的機理。在這個研究中,當一種含有很長雙電子共價鍵的六苯乙烷衍生物與碘發生氧化反應時,就產生了這種單電子鍵。

反應后生成了深紫色的碘鹽晶體。通過對這些晶體進行X射線衍射分析,研究人員發現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鍵。為了確認這一點,他們還采用了拉曼光譜技術進行了驗證。

這是首次實驗證明了碳-碳之間可以形成單電子共價鍵。該成果為探索這種罕見類型的化學鍵打開了新的大門,并可能推動相關領域的進一步發展。