五十年难题告破 科学家终于合成出曾经被认为不可能存在的硅芳烃

一项被认为几乎不可能完成的化学挑战，近日终于迎来突破：科研团队首次成功合成由五个硅原子构成的芳香性环状化合物“戊硅环戊二烯负离子”（pentasilacyclopentadienide），验证了数十年来的理论预言，并为开发具有工业价值的新型化合物打开了大门。这一成果来自萨尔大学，论文已发表于权威期刊《科学》（Science）。

近五十年来，世界各地的化学家不断尝试将经典芳香化合物中的碳框架用硅完全替代，但始终未能在五元环体系上取得成功。萨尔大学普通与无机化学教授大卫·舍施克维茨（David Scheschkewitz）与其博士生 Ankur 及学校 X 射线衍射服务中心的 Bernd Morgenstern 合作，最终实现了这一里程碑式合成。研究团队通过结构解析确认，这一新化合物满足芳香性判据，具有类似传统芳香烃的离域电子结构和高稳定性。

所谓芳香化合物，是一类具有特殊稳定性的环状分子，其特征是平面环结构中存在特定数目的共用π电子，并在整个环上实现均匀离域，这一规则通常以物理学家埃里希·许克尔提出的“许克尔规则”进行描述。在经典体系中，如环戊二烯负离子等芳香烃由碳原子构成平面环，并因电子离域而获得额外稳定性。过去在硅化学中，被明确证实具有芳香性的只有一个例子：1981 年研究人员合成了硅版的环丙烯阳离子，即用三元硅环替代三元碳环的芳香分子，而将这一概念扩展到更大、尤其是五元硅环的所有尝试此前均告失败。

相比碳，硅的金属性更强，对价电子束缚较弱，因此理论上有望构建出性质截然不同的新型化学体系，但同时也更难满足芳香性所需的几何与电子结构条件。此次合成的戊硅环戊二烯负离子，正是碳基环戊二烯负离子的硅类似物，由五个硅原子构成平面环，并具备符合许克尔规则的离域电子数目。研究团队指出，这一成果不仅在概念上证明了纯硅五元芳香环可以存在，而且在实验上给出了清晰的晶体学和电子结构证据。

芳香化合物在现代化学与工业中的地位举足轻重，例如在塑料生产中，它们常被用作催化体系中的关键结构单元，帮助提升催化剂的耐久性和效率。舍施克维茨解释说，引入硅这一更“金属性”的元素，有望构建出此前难以接触的化学空间，为催化、功能材料甚至电子相关应用提供全新候选分子。戊硅环戊二烯负离子的稳定存在，意味着以其为核心，可以设计一系列前所未有的硅基芳香配体和功能模块。

更具戏剧性的是，几乎在同一时间，日本东北大学（东日本·仙台）的岩本武明（Takeaki Iwamoto）课题组也独立合成了同一化合物。双方团队随后达成共识，将各自的研究结果以并列形式发表于同一期《科学》，共同见证这一领域性突破。业内专家认为，这种“双重发现”在重大基础科学突破中并不罕见，反映出该方向的理论与技术积累已达到临界点。

尽管距离实际工业应用仍有距离，但研究者强调，最难的一步——证明此类硅芳香体系在现实中可以稳定存在——已经迈出。接下来，围绕这一新型骨架展开的衍生设计与功能开发，可能孕育出全新的材料和化工过程，尤其是在高性能催化与特种材料领域。相关论文题为《Pentasilacyclopentadienide: A Hückel aromatic at the border of resonance and equilibrium》，署名作者为 Ankur、Bernd Morgenstern 与 David Scheschkewitz，发表于 2026 年 2 月 5 日的《科学》杂志。