10月27日消息,《自然·化学》(Nature Chemistry)发表德国维尔茨堡大学Holger Braunschweig团队(一作Lukas Lubczyk、Christian Markl等)的研究,宣布首次合成并分离出室温下稳定、以晶体形式存在的氧硼烯(oxoborane)——主族化学界追寻逾60年的明星物种。
氧硼烯含有二配位硼与单配位氧之间的B-O三键。自20世纪60年代初以来,化学界屡有尝试,但此前只能在气相、低温基质隔离中观测,或以化学捕获的方式间接证明,从未在凝聚相中以游离状态分离。团队在研究高活性双硼累积烯(diboracumulene)时发现一条极为简洁的路线:在氩气保护、室温条件下,将双硼累积烯与二苯甲酮、4,4-二甲氧基二苯甲酮、N,N-二甲基甲酰胺等含羰基试剂简单混合,即以超过50%的分离收率得到三种氧硼烯(1a-c),均为橙色或黄色结晶固体、室温稳定。
结构表征显示其B-O键长为1.208(4)-1.217(4)埃,为稳定化合物中最短最强的B-O键之列;B-O单元几乎完全线性(键角174.0-179.5度)。红外光谱中B-O伸缩振动频率达1827-1922波数,显著高于路易斯碱稳定的氧硼烯(约1600波数)。
稳定性来源并非空间位阻而是电子效应:富电子硼烯基(borylenyl)取代基是强σ给体,可将B-O单元硼原子的正电荷从瞬态物种的约+1.09降至+0.92至+0.97,使其不易遭受亲核攻击。新化合物并非惰性——与吡咯烷反应即发生B-O三键的1,2-氢胺化,收率87%。同期《自然·化学》还发表了通过一氧化碳触发的异构累积烯转化制备结晶中性与阳离子氧硼烯的独立研究,两篇论文共同宣告游离氧硼烯研究时代的开启:此前因合成不可得而停滞六十年的B-O三键化学,终于可以在试管中被系统探索;富电子硼烯基作为低配位主族片段的稳定化策略,也有望推广到更广的元素组合。
(来源:Nature Chemistry)