“不可能存在”的碳桥二茂铁吩稳定合成

德国萨尔大学科学家合成出一种全新的“三明治”分子——由一个碳原子桥接的二茂铁吩。其中，充当“面包片”的两个碳环被一个碳原子桥接，铁原子则是“三明治”的夹心。这项突破一举推翻了长期被普遍接受的假设，即拥有这种结构的稳定分子不可能存在，同时也为设计含铁材料开辟了新途径。相关论文发表于新一期《德国应用化学》杂志。

茂金属常被称作“三明治分子”，由两个扁平的碳原子环中间夹一个金属原子构成。如果金属原子是铁，该化合物就叫二茂铁。二茂铁还能衍生出另一类化合物——二茂铁吩，其碳环由硅、硼或硫等原子桥接。理论上，这两个环也能由碳原子桥接，但几十年来，科学家始终未能合成出含碳桥的二茂铁吩。

20世纪90年代，英国化学家发现，当碳环被单个原子桥接时，会产生巨大的环应变，而这种应变恰好能被用来驱动聚合反应，制造含铁塑料。这一合成策略为金属聚合物的生产带来了全新可能。

然而，当两个碳环仅由一个碳原子桥接时，由于碳原子极其微小，甚至比硼或硫还小，这迫使两个环必须以极其尖锐的角度弯曲，从而蓄积极高的环张力。正因如此，一些科学家曾断言，以单个碳原子为桥接元素的二茂铁吩极不稳定，或根本不可能存在。但在最新研究中，团队成功合成了这种分子。

团队先在计算机上设计出一种可能稳定存在的分子，随后搭起了不含金属的分子框架。起初，他们引入镁原子，再将其替换为铁，最终成功分离出一种红色粉末。分析证实，这正是由一个碳原子桥接的二茂铁吩，而且该分子展现出非凡的热稳定性，可耐受200℃以上的高温。

含金属聚合物兼具金属和有机聚合物两种物质的性质，在可切换光学材料、功能膜和电响应聚合物表面等领域带来了全新应用。随着这种新型二茂铁吩的合成，这类材料的应用范围有望再度大幅拓展。