Cô lập được phân tử oxoborane bền sau hơn 60 năm

Trong hóa học, có những phân tử được dự đoán về mặt lý thuyết nhưng rất khó tạo ra và cô lập trong phòng thí nghiệm. Oxoborane là một trường hợp như vậy.

Các nhà nghiên cứu đã tìm cách tổng hợp loại hợp chất chứa liên kết ba giữa nguyên tử boron và oxygen từ đầu thập niên 1960, nhưng phần lớn chỉ có thể quan sát chúng trong pha khí hoặc điều kiện cô lập đặc biệt.

Lần đầu tiên các nhà khoa học cô lập được phân tử oxoborane bền sau hơn 60 năm nghiên cứu.

Oxoborane có cấu trúc đặc biệt với liên kết ba B≡O. Khác với những hợp chất boron-oxygen thông thường, liên kết này rất phân cực và khiến nguyên tử boron dễ bị các tác nhân hóa học khác tấn công. Đó là một trong những nguyên nhân khiến các phân tử tự do thuộc nhóm này khó tồn tại lâu trong điều kiện thông thường.

Nhóm nghiên cứu do GS Holger Braunschweig dẫn dắt đã sử dụng một hợp chất chứa liên kết boron-boron có tính phản ứng cao, gọi là diboracumulene, để phản ứng với các hợp chất hữu cơ chứa nhóm carbonyl.

Thay vì tạo ra những sản phẩm như dự đoán ban đầu, phản ứng tạo thành các oxoborane có độ bền đáng ngạc nhiên. Phương pháp này hoạt động với nhiều loại hợp chất carbonyl, bao gồm một số ketone có đặc tính điện tử khác nhau và cả formamide.

GS Holger Braunschweig người dẫn đầu nghiên cứu.

Các phép phân tích cấu trúc cho thấy liên kết B–O trong ba hợp chất có chiều dài chỉ khoảng 1,208–1,217 angstrom, phù hợp với liên kết ba rất ngắn và mạnh. Nhóm sử dụng các phương pháp thực nghiệm kết hợp tính toán để giải thích vì sao những phân tử này có thể ổn định.

Theo nhóm nghiên cứu, một nhóm thế giàu electron gắn với boron đóng vai trò quan trọng. Nó giúp giảm tính thiếu electron của nguyên tử boron trong đơn vị B≡O, qua đó hạn chế xu hướng bị tấn công và phân hủy.

GS Holger Braunschweig cho biết nhóm đã rất bất ngờ khi các phân tử này hình thành và tồn tại đủ lâu để có thể nghiên cứu. Trong nhiều thập kỷ, giới hóa học từng cho rằng oxoborane tự do quá bất ổn để có thể cô lập ở nhiệt độ gần điều kiện phòng.

Nghiên cứu đăng trên Nature Chemistry ngày 27/10/2026. Đáng chú ý, cùng ngày 27/10, một nhóm nghiên cứu khác tại Trung Quốc cũng công bố trên Nature Chemistry kết quả cô lập oxoborane tinh thể, sử dụng một con đường phản ứng khác có sự tham gia của carbon monoxide.

Nghiên cứu này mô tả một oxoborane tự do có cấu trúc liên kết ba B≡O được xác nhận bằng nhiễu xạ tia X đơn tinh thể.

Cấu trúc, liên kết và các khía cạnh điện tử của một oxoborane mới được điều chế. (Nguồn ảnh: Lukas Lubczyk, Christian Markl, TS Thomas Kupfer, TS Rian Dewhurst / Đại học Wuerzburg)

Hai công trình độc lập cho thấy lĩnh vực hóa học boron-oxygen đang bước vào giai đoạn mới.

Ý nghĩa trước mắt của phát hiện nằm ở khả năng nghiên cứu những phân tử có liên kết hóa học đặc biệt. Khi có thể tạo ra và lưu giữ chúng ở dạng tinh thể, các nhà khoa học có thể khảo sát phản ứng, cấu trúc electron và khả năng hình thành những hợp chất mới.

Video: Vàng được hình thành như thế nào?