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，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
