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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(xué)日本北海道大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)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(wěn)定的共價(jià)鍵，這種鍵被稱為σ鍵。這一發(fā)現(xiàn)證實(shí)了一個已有百年歷史的理論，并被發(fā)表在最新一期《自然》雜志上。共價(jià)鍵是有機(jī)化學(xué)中最為基礎(chǔ)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(gòu)成的共價(jià)鍵，但這類單電子鍵可能比常規(guī)的雙電子共價(jià)鍵要弱很多。自那以后，科學(xué)家確實(shí)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(xué)界的一個挑戰(zhàn)。研究人員認(rèn)為，明確碳原子之間的單電子σ鍵特性對于深化對化學(xué)鍵的理解非常重要，并且將有助于進(jìn)一步揭示化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理。在這個研究中，當(dāng)一種含有很長雙電子共價(jià)鍵的六苯乙烷衍生物與碘發(fā)生氧化反應(yīng)時(shí)，就產(chǎn)生了這種單電子鍵。反應(yīng)后生成了深紫色的碘鹽晶體。通過對這些晶體進(jìn)行X射線衍射分析，研究人員發(fā)現(xiàn)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(jià)鍵。為了確認(rèn)這一點(diǎn)，他們還采用了拉曼光譜技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證。這是首次實(shí)驗(yàn)證明了碳-碳之間可以形成單電子共價(jià)鍵。該成果為探索這種罕見類型的化學(xué)鍵打開了新的大門，并可能推動相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。