日本科学家有了一个突破性的发现:他们发现了两个碳原子之间的共价键，这两个碳原子只共享一个电子。东京大学(University of Tokyo)的岛尻拓哉(Takuya Shimajiri)说，推动这项研究的是一种好奇，想知道化学键的极限在哪里。

　　庞大的芳基有助于稳定单电子碳碳共价键

　　单电子键由莱纳斯·鲍林于1931年首次提出，并在杂原子间被报道。然而，没有直接证据表明它们存在于碳原子之间。岛尻说:“我们的想法是，在适当的分子设计下，这是可能的。”

　　电子对的共享有一个重要的目的:它填充了原子的外层电子，使其更稳定。由于缺少了一个关键的电子，单电子的化学键就会弱得多，因此会迅速分解。因此，它们只被认为在化学反应中作为中间体短暂存在。

　　岛尻解释说:“为了解决这个问题，我们采用了分子内核壳策略，通过用刚性π骨架(壳)包围弱键(核)来保护它。”稳定骨架由富含电子的六苯基乙烷衍生物组成，这些衍生物在氧化反应中失去电子，形成带电的碳正离子和自由基。

　　虽然在氧化过程中失去了两个电子，产生了两个三芳基甲基阳离子，但这个反应被认为是“一步”反应，因为它发生得太快了。然而，研究小组推断，如果他们能够控制步骤的顺序，他们就可以捕获碳自由基，这种自由基是在反应过程中六苯乙烷分子内的碳-碳键断裂时形成的。这种断裂产生了一个带有未配对电子的碳原子，在适当的条件下，它可以与邻近的碳原子共享，形成难以捉摸的单电子键，由分子的其余部分稳定下来。

　　为了实现这一目标，科学家们利用了六苯乙烷中细长的碳-碳键，这是由附着在它上面的庞大的芳基引起的。这种延伸改变了分子的电子性质，使得关键中间物质的轨道之间的能量间隙足够大，从而使反应不会迅速发生。相反，它可以被放慢到一个循序渐进的机制，使科学家们能够捕获形成单电子键的碳自由基。

　　通常，六苯基乙烷衍生物的氧化过程进行得非常快，以至于单电子键只存在很短的时间(上图)。日本研究人员设法减缓了这一过程，以稳定单电子碳碳共价键

　　爱丁堡大学(University of Edinburgh)研究员凯特Anst?ter说:“这种策略……包括拉伸母分子的化学键，调整分子轨道的能量。”凯特并未参与这项研究。“这是优雅化学工程的真正证明。”

　　爱丁堡大学(University of Edinburgh)的菲利普·坎普(Philip Camp)也没有参与这项研究，他补充说:“将合成与光谱学、计算化学和百年理论相结合，是一个很好的例子，说明了当化学的不同分支领域具有共同的协同作用时，会发生什么。”

　　这种新的化学键也挑战了我们对共价键的基本理解。坎普说:“粗略地说，形成这种键的原因是分子的其他部分使原子靠近，而不是相反。”“还没有证明它符合(国际纯粹与应用化学联合会)的定义。”

　　但岛尻认为，这就是关键所在。“我们的目标是澄清共价键是什么——具体来说，在什么情况下一个键可以被称为共价键，在什么情况下不可以?”我们的目标是探索尚未发现的更广泛的键，不仅是碳原子之间的键，还有所有元素之间的键。”

　　Anst?ter说:“虽然也有其他关于这种键合基序的例子，但由于这种键在两个碳中心之间，这项研究尤其有可能开启一个新的研究领域。”“由于碳在已知的宇宙中无处不在，教授这种元素的新技巧可以激发人们对从基础理论到应用材料的各种研究领域的兴趣。”