Chem: 突破理论极限！科学家创造碳碳单键键长的新纪录

导读

近日，日本北海道大学的科学家们基于“核壳”策略合成了一种新的有机化合物，这种有机物拥有目前已知最长的碳碳单键，其键长长达1.806，远远超过正常的C-C单键（1.54左右），甚至略微超过了理论预测1.803的极限值。此前人们认为，如果键长超过这一上限，碳碳单键将会断裂，但这种说法在新合成的这种有机分子这里并不成立。无疑，这项研究将帮助我们更好地认识化学键的本质，对化学键的思考有了新的角度。该文章发表于Chem上，题为“Longest C–C Single Bond among Neutral Hydrocarbons with a Bond Length beyond 1.8 ”（DOI：10.1016/j.chempr.2018.01.011）

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碳碳单键构成了有机化合物的基本骨架，其键长在一定范围内波动，但变化不大，常见的乙烷分子碳碳单键键长在1.54左右。如果形成碳碳单键的两个碳原子各自连接了体积庞大的基团，那么碳碳单键由于位阻排斥就有可能被拉伸，从而导致键长超过1.54 。基于这一设想，人们合成了各种各样的分子。

根据DFT计算，当碳碳单键之间键解离能为0Kcal/mol时可得到最大键长，这个值为1.803，但作者认为由于分子间具有扭转作用，通过合理的设计，或许可以合成碳碳单键键长高于1.803的分子。

要想获得超长C-C单键的分子，必须满足两个条件：

①碳碳单键的两个碳原子所连基团要足够大以迫使C-C单键拉伸；

②所连大位阻基团不能影响C-C单键的稳定性，使其解离。

作者基于这两点提出了“核壳策略”，将C-C单键视为“核”，外层大位阻官能团视为“壳”，随着“壳”之间排斥作用的增强，“核”即碳碳单键的长度也会被拉伸，从而得到超长碳碳单键的分子，而该分子在“壳”的保护下不会解离。作者基于上述设计原则合成了10（a-c）三个分子，二卤代烷（11）与叔丁基锂发生锂卤交换，再对二苯三烯酮亲核进攻得到二醇（12），二醇在锌的还原下形成目标C-C键（10），该反应产率较高。

合成了目标分子后，拉曼光谱显示C-C单键键长被拉伸，利用X-晶体衍射技术对碳碳单键键长进行了测定，在400K下，10c分子的碳碳单键键长达到了1.806，不仅打破了碳碳单键键长的新纪录，还高于理论计算值1.803。

总结：作者基于“核壳策略”合成了一类具有超长碳碳单键的分子，并用拉曼光谱和X晶体衍射确认了实验结果，具有超长或超短的碳碳单键分子可以帮助我们更好的理解化学键的本质。

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