共价键是化学领域中的一个极为重要的概念。在化学分子中，当两个原子共享一对或多对电子时，就会形成共价键。大多数共价键都是由一对共享电子构成的单键，由两对甚至三对电子构成的双键和三键则是更强的共价键。‍

在一项新发表于《自然》杂志的研究中，研究人员首次观察到两个碳原子之间的单电子共价键。这一发现不仅对更深入地了解化学键理论至关重要，也为进一步了解化学反应提供了新的见解。‍

未配对的电子

1931年，著名化学家、诺奖得主莱纳斯·鲍林（Linus Pauling）提出，或许存在由单个未配对的电子形成的单电子共价键，只是它可能比包含成对电子的标准共价键弱得多。这种键合被称为单电子σ键。

只由一个电子构成的化学键是非常不稳定的，它非常容易断裂，而且很容易通过“失去”或“获得”一个电子而恢复成对电子的情况。因此，要寻找这样的共价键并不容易。

不过，1998年，科学家首次在两个磷原子之间，观测到了这种由单个电子构成的共价键。2013年，科学家又在铜和硼之间发现了单电子共价键。

碳（C）是地球上生命的基本组成部分，也是包括药物、塑料和糖在内的工业化学品的关键成分。长期以来，化学家按照理论推测，tp钱包官网下载在某些化学反应所产生的寿命短暂的中间产物的碳原子之间，或许也存在这种奇异的单电子共价键。然而，化学家都从未在实验中发现过它们的存在。

碳原子之间的单电子共价键

在新发表于《自然》杂志的这项研究中，研究人员对一种六苯乙烷的衍生物进行了研究。这种化合物包含一个非常长的碳-碳单键，通过这种化合物在碘的存在下进行氧化反应，研究人员获得了的深紫色碘盐晶体。

包含单电子碳-碳（C-C）σ键的化合物。这种共价键的形成，是因为分子中心的碳-碳单键被拉伸了，因此它非常容易失去一个电子。（图/Takuya Shimajiri, et al. / Nature）

接着，研究人员运用了一系列技术来研究这种晶体分子和其中的键合。通过X射线衍射分析法，他们发现这些晶体中的碳原子靠得极其近。然后，他们通过一种名为拉曼光谱学的化学分析法，证实了在100K的温度下，在这个化合物分子中，一个电子以非常稳定的共价键的形式，存在于两个碳原子之间。

这一结果构成了单电子碳-碳σ键存在的首个实验证据。有化学家表示，这是一项意义重大的发现。可以预计，在碳中发现单电子σ键，将有助于他们更好地理解化学键的基本性质，并弄清楚共价键究竟是什么。

#创作团队：

编译：小雨

排版：雯雯

#参考来源：

https://www.global.hokudai.ac.jp/blog/scientists-discover-a-single-electron-bond-in-a-carbon-based-compound/

https://www.nature.com/articles/d41586-024-03138-2

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07965-1

#图片来源：

封面图&首图：persuadors / Pixabay