來自《自然》雜誌
一個精英化學俱樂部迎來了一位新成員，德國的一個團隊找到了一種方法，用穩定的三鍵將兩個硼原子連線在一起。硼與碳和氮一起，成為元素週期表中為數不多的已知可以形成具有三鍵的穩定化合物的元素之一。
維爾茨堡大學的化學家霍爾格·布倫瑞克領導了這項研究，他說理論預測這種硼結構應該是可能的。畢竟，氮-氮和碳-碳三鍵是穩定的：例如，構成我們空氣主要成分的氮分子就是透過三鍵結合在一起的。硼在元素週期表中緊鄰碳和氮，因此應該具有相似的性質。“人們會期望硼也有類似的情況，”布倫瑞克說。“主要問題一直是合成。”
到目前為止，最接近的嘗試是使用雷射在極低溫度下在CO（一氧化碳）存在的情況下汽化硼製成的分子。這種化合物似乎包含一個硼-硼三鍵，周圍環繞著CO基團，但在高於約-263°C的溫度下會分解。
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相比之下，布倫瑞克的化合物在與空氣隔離的情況下，在高達234°C的溫度下是穩定的。“在惰性條件下，這是一種非常穩定的分子，”布倫瑞克說。
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為了製備該化合物，研究小組用龐大的、高度給電子的化學基團N-雜環卡賓（NHCs）取代了CO。主族元素的原子通常在它們的外層電子殼層中有八個電子時最穩定。如果它們作為單個原子不具有這個數目，它們通常與它們的鄰居共享，每對電子構成一個單化學鍵。硼原子在外層電子殼層中只有三個電子，因此在布倫瑞克的化合物中，兩個原子共享它們的所有六個電子以形成三鍵。剩餘的兩個電子由NHC基團提供。
其他研究團隊曾嘗試使用兩個硼原子（每個硼原子帶有一個NHC基團和三個溴原子）合成硼-硼三鍵。其想法是溴原子會一個接一個地被移除，兩個硼原子會結合在一起形成硼-硼單鍵，然後是雙鍵，最後是三鍵。然而，形成單鍵的過程很慢，脫去溴原子的硼原子傾向於首先與周圍的溶劑反應，然後再相互反應。
因此，布倫瑞克的研究小組從已經有一個硼-硼鍵的前體開始：B2Br4，用兩個NHC穩定。“這種前體非常難處理——它在-40°C以上會降解——但我們證明了我們可以選擇性地轉化這種化合物，首先形成硼-硼雙鍵，然後在第二步形成三鍵，”布倫瑞克說。
結構完整性
X射線晶體結構證實該化合物具有真正的三鍵特性。正如預期的那樣，三鍵結構中硼原子之間的距離比雙鍵化合物中的距離更短，與預測資料非常吻合。該分子也是線性的，就像等效的三鍵碳化合物一樣。
澳大利亞墨爾本莫納什大學的化學家卡梅倫·瓊斯說：“布倫瑞克優雅地看到了從單核前體開始的問題，並使用了已經有硼-硼鍵的前體。”瓊斯曾從事硼-硼三鍵的理論研究。他說，結果雖然在高溫下穩定，“但卻是高度活潑的物質，它們將會找到應用”。
布倫瑞克的團隊已經在研究這種新化合物的反應性，以及其在有機電子材料中的潛在用途。例如，含硼化合物已經用於有機發光二極體的商業生產。“我認為它可能是一個有用的構建模組，”布倫瑞克說。“未來將告訴我們這是否是一個好方法。”