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無機苯作為苯的π-等電子體，兩者都具有環(huán)狀共平面且鍵長平均化的結(jié)構(gòu)，均符合休克爾規(guī)則。苯分子的?電子離域，具有芳香性。無機苯由于硼氮原子之間的電負性差異，π電子離域相當有限，僅具有弱芳香性。從理論上說，苯可先經(jīng)歷雙電子還原轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定的8π電子反芳香性中間體，然后基于次級Jahn-Teller效應(yīng)打破苯環(huán)的對稱性形成雙負離子（圖1a）。這一點已被金屬鋰還原苯的衍生物所證實，然而有關(guān)無機苯的還原反應(yīng)至今尚未報道。

他們首次研究了無機苯類化合物的還原反應(yīng)-即六苯基無機苯在室溫下與單質(zhì)鉀或銣作用，經(jīng)歷不同于苯的雙電子還原過程，生成雙層平行結(jié)構(gòu)的三同芳香性無機苯雙負離子[B3N3Ph6]2-（圖1b）。該雙負離子結(jié)構(gòu)經(jīng)X-射線單晶衍射確證（圖1c）。電子結(jié)構(gòu)理論分析（圖1d）表明，B3N3Ph6還原后在發(fā)生幾何重構(gòu)的同時進行了軌道變換，由于硼氮幾何位置的上下交錯導(dǎo)致它們p軌道之間呈現(xiàn)反常的共軛效應(yīng)，反鍵軌道?2a1具有明顯的成鍵特征，導(dǎo)致能量下降，取代了硼氮苯中的?2e’’成為[B3N3Ph6]2-的HOMO軌道。

圖1 無機苯雙負離子的形成和特征

該雙負離子的三同芳香性可以通過五種途徑得以判定（圖2）：1）三個硼原子和三個氮原子分別共平面，且兩個平面互相平行；2）B-B之間的距離平均化（~1.98 ?）；3）從定域化軌道指數(shù)函數(shù)可視化圖以及分子中的原子理論可看出，得到的兩個電子離域在三個硼原子之間并存在三中心兩電子作用；4）通過核獨立化學(xué)位移值以及硼原子p軌道到中心的夾角（25.5o）可看出該雙負離子具有(?,σ)-混合同芳香性；5）從各向磁感應(yīng)電流密度可以看出三個硼原子之間產(chǎn)生了抗磁環(huán)流來抵抗外界磁場。

圖2  a）B3平面上Z = 1.0 Bohr處LOL等高線填色圖；b）B3平面上Z = 1.0 Bohr處電子密度拉普拉斯函數(shù)的拓撲分析；c）硼原子之間p軌道的夾角為25.5o；(d) B3平面的NICSZZ值隨垂直方向距離的變化；e）B3平面上方的Z = 1 Bohr處感應(yīng)電流截面圖。

該雙負離子除了結(jié)構(gòu)上的新穎性，還可作為兩電子還原劑。在室溫下，能選擇性地還原不飽和化合物，例如：蒽，查爾酮，丹參酮等（90-95%收率）。并且中性無機苯在反應(yīng)結(jié)束后可回收（回收率90%）。

該工作實現(xiàn)了“從無到有”，從“弱芳香性到同芳香性”的轉(zhuǎn)變，為硼化學(xué)的進一步研究奠定了基礎(chǔ)。博士后李楠和博士研究生吳博韜為本文的共同第一作者，席振峰教授和張文雄教授為共同通訊作者。該研究得到了國家杰出青年科學(xué)基金、基金委重大項目和北京分子科學(xué)國家研究中心的資助。

謹以此文熱烈祝賀唐有祺先生百年華誕！

鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201916651.