外多面体硼-碳族元素键碳硼烷的创新合成与性能研究

《Orthopaedics and Trauma》：Carboranes with Exopolyhedral Boron–Tetrel Bonds

本文报道了以B(9)-碳硼烷作为稳定可调取代基替代传统烷基/芳基，通过盐熔法成功合成B(9)-碳硼烷锡烷及首个B(9)-碳硼烷锗烷化合物，并实现格氏试剂衍生化。该研究为主族元素化学提供了新型功能化分子平台，对拓展非过渡金属中心反应性具有重要意义。

　　

在当代化学研究领域，主族元素化合物的开发日益受到关注，其应用潜力覆盖材料科学、催化反应和药物设计等多个前沿方向。然而，传统烷基和芳基取代基在稳定性和可调控性方面存在局限，制约了主族元素中心反应性的进一步拓展。这一瓶颈促使科学家们寻求新型取代基来突破现有框架。

针对这一挑战，加州大学洛杉矶分校的Andrew J. Baublis、Tyler A. Kerr、Milan Gembicky和Alexander M. Spokoyny研究团队将目光投向了具有独特三维结构的碳硼烷化合物。碳硼烷（carborane）是一类由碳、硼和氢原子组成的笼状分子，其二十面体结构赋予其卓越的热稳定性和化学惰性。研究人员创新性地提出将B(9)位点（硼原子第9位）功能化的碳硼烷作为取代基引入第14族元素（碳族元素）化合物中，以构建新型外多面体硼-碳族元素键（exopolyhedral boron–tetrel bonds）。

为验证这一设想，研究团队采用盐熔合成法（salt melt synthesis）这一高温反应技术，以B-汞代碳硼烷（B-mercuro-carborane）为起始原料，成功制备出B(9)-碳硼烷锡烷（B(9)-carboranyl stannane）。更值得关注的是，该研究首次实现了B(9)-碳硼烷锗烷（B(9)-carboranyl germane）的合成，填补了该类化合物研究的空白。为进一步展示该方法的普适性，研究人员还通过格氏试剂（Grignard reagents）对上述化合物进行衍生化，并成功合成了二取代和三取代的碳硼烷锗化合物。

本研究主要依赖以下几个关键技术方法：盐熔合成法用于高温条件下碳硼烷与第14族元素的键合反应；格氏试剂衍生化技术实现对目标分子的后续修饰；以B-汞代碳硼烷作为关键起始原料构建外多面体硼-碳族键。研究团队通过系统的合成与表征，验证了该策略在制备多取代碳硼烷主族元素化合物方面的有效性。

B(9)-碳硼烷锡烷的合成与表征

通过盐熔法使B-汞代碳硼烷与锡前体反应，成功获得B(9)-碳硼烷锡烷化合物。X射线晶体学分析证实了锡原子与碳硼烷笼状结构B(9)位点之间形成了稳定的外多面体硼-锡键（B–Sn bond）。

首例B(9)-碳硼烷锗烷的制备

采用类似策略，研究人员首次合成出B(9)-碳硼烷锗烷。结构表征表明锗原子与碳硼烷B(9)位点形成了硼-锗键（B–Ge bond），拓展了碳硼烷在主族元素化学中的应用范围。

格氏试剂衍生化研究

利用格氏试剂对合成的B(9)-碳硼烷锡烷和锗烷进行进一步官能化，成功引入有机取代基。该结果证明碳硼烷取代的第14族元素化合物具有良好的反应活性，可用于构建结构更多样的功能分子。

多取代碳硼烷-锗化合物的合成

通过调控反应条件，研究人员还合成了二取代和三取代的碳硼烷锗化合物。这一成果充分证明了盐熔合成法从B-汞代碳硼烷出发制备多取代主族元素-碳硼烷衍生物的通用性。

本研究成功开发了一种基于盐熔合成法的有效策略，用于构建具有外多面体硼-碳族元素键的碳硼烷衍生物。研究不仅合成了新型B(9)-碳硼烷锡烷和首个B(9)-碳硼烷锗烷，还通过格氏试剂衍生化和多取代化合物合成证明了该方法的普适性。这些发现为主族元素化学提供了具有优异稳定性和可调性的新型分子平台，为设计开发新型主族元素功能材料奠定了重要基础。该研究成果对推动非过渡金属中心反应性的研究具有深远意义，为未来在催化、材料等领域的应用开辟了新途径。