共价键可以包含2、4、6、8个电子，或者只有一个电子。图片来源：SimoneN

本报讯 一项9月25日发表于《自然》的研究突破了共价键中成对电子的束缚，在“只有1个电子的共价键”首次提出近一个世纪后，科学家终于创造出了这种新型的化学键。

多年来，论文作者、日本东京大学的Takuya Shimajiri和同事一直在测试化学键的极限。此前，他们曾对超长柔韧的化学键进行过实验。现在，他们尝试了化学家Linus Pauling于1931年首次提出的想法—— 由一个电子形成的化学键。

所有已知的共价键，即相邻原子通过共用电子产生的强烈作用，都包含2、4、6或8个电子，是成对存在的。但Pauling的理论认为，共价键可能存在于两个原子间，且只共享了一个电子。

为了实现这一点，研究人员通过化学反应从两个碳原子间现有的双电子共价键中去除一个电子。他们使用了一种碳原子间具有超长键的大型碳氢化合物，这意味着分子中其他地方的电子要想取代被去除的一个电子，需要耗费大量的能量。

Shimajiri说，过去尝试去除电子的实验留下的化学键太弱，因此断裂得太快，无法进行确切的化学分析，而这次他们采用的分子在去除电子后仍然足够稳定。科学家利用X射线衍射和拉曼光谱对其进行了分析，并经密度泛函理论计算后，确定它有一个由单电子组成的稳定共价键，最终证实了碳-碳单电子σ键的存在。

“很少能找到具有新型化学键的分子。”英国帝国理工学院的Henry Rzepa说，Shimajiri团队实验用的分子有278个电子，因此去除正确的电子并防止其他电子立即取代它的位置是一项壮举。这一发现可能会促使化学家创造出全新的分子家族。（徐锐）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-024-07965-1