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科研人员使用X射线衍射仪研究σ键。图片来源：日本北海道大学

日本北海道大学研究团队发现了一种特殊的化合物，其中两个碳原子通过共享一个电子形成了非常稳定的共价键，这种键被称为σ键。这一发现证实了一个已有百年历史的理论，并被发表在最新一期《自然》杂志上。

共价键是有机化学中最为基础的连接方式之一，通常是由两个原子共同分享一对电子而形成的。1931年，诺贝尔奖得主莱纳斯·卡尔·鲍林提出，理论上存在只由一个未成对电子构成的共价键，但这类单电子键可能比常规的双电子共价键要弱很多。自那以后，科学家确实观察到了一些单电子键的存在，但在碳或氢这样的元素之间却从未见过。找到碳原子间能够形成单电子键的情况，一直是科学界的一个挑战。

研究人员认为，明确碳原子之间的单电子σ键特性对于深化对化学键的理解非常重要，并且将有助于进一步揭示化学反应的机理。在这个研究中，当一种含有很长双电子共价键的六苯乙烷衍生物与碘发生氧化反应时，就产生了这种单电子键。

反应后生成了深紫色的碘盐晶体。通过对这些晶体进行X射线衍射分析，研究人员发现碳原子之间的距离异常接近，这表明它们之间存在着单电子共价键。为了确认这一点，他们还采用了拉曼光谱技术进行了验证。

这是首次实验证明了碳-碳之间可以形成单电子共价键。该成果为探索这种罕见类型的化学键打开了新的大门，并可能推动相关领域的进一步发展。