相关成果发表在《自然-化学》期刊上,由维尔茨堡大学Holger Braunschweig教授领导的研究团队完成,印度特兹普尔大学Ashwini K. Phukan教授团队则提供了计算化学支持。

研究人员介绍,这项发现最初源于一次意外。维尔茨堡大学博士生Lukas Lubczyk和Christian Markl分别将一种名为二硼累积烯(diboracumulene)的化合物与不同酮类物质进行反应。按照原本预期,实验应生成其他类型产物,但最终却得到了颜色呈橙色或黄色的异常固体。

进一步分析显示,这些意外产物竟然是长期难以获得的氧代硼烷,而且在反应体系中成为主要生成物。Lubczyk表示,这一发现完全出乎意料。他原本从未认为二硼累积烯会以这种方式发生反应,更没想到它能够与多种简单底物产生类似结果。当另一位研究人员带来相似样品时,团队意识到他们可能发现了重要现象。

氧代硼烷之所以长期难以制备,主要原因在于硼原子天生不倾向于形成三重键结构。正因为如此,这类化合物一直被认为极不稳定,难以单独存在并被分离提纯。

Braunschweig教授团队已经持续研究硼元素特殊化学键超过15年。2012年,该团队成功创造出首个含硼-硼三重键分子;2025年,又制备出首个含硼-碳三重键的中性分子。而在元素周期表第一周期p区元素相关化学体系中,硼与氧之间的三重键一直是最后尚未攻克的重要挑战之一。

事实上,化学界对氧代硼烷的研究最早可以追溯到20世纪60年代初。过去几十年间,科学家曾通过极端实验条件短暂探测到其存在,或依据反应结果推断其形成,也曾获得一些相关衍生物,但始终未能真正分离出稳定的氧代硼烷样品。

Braunschweig表示,许多该领域研究人员实际上已经放弃了这一目标,因为大家普遍认为氧代硼烷过于不稳定,不可能被成功分离。因此,当团队看到它们在实验中自发形成,并且稳定存在到足以进行详细研究时,所有人都感到十分震惊。

此次研究不仅成功获得一种氧代硼烷,而是制备出了三种稳定氧代硼烷分子。这表明研究团队开发的新合成路线有望进一步扩展,为获取更多同类分子提供可能。

目前,研究人员正在探索该方法能否推广至其他长期难以制备的化合物体系,希望利用类似策略获得更多涉及元素周期表不同元素的新型分子结构。

研究团队认为,这项成果不仅解决了一道困扰化学界六十余年的经典难题,也为理解硼元素特殊化学键的形成机制提供了全新视角,未来有望推动新型材料、催化剂以及功能分子的开发。

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