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本研究由Kasperi M. Salonen、J. Mikko Rautiainen、Aaron Mailman、Chris Gendy和Heikki M. Tuononen共同完成，所有作者均来自芬兰于韦斯屈莱大学（University of Jyväskylä）的化学系和纳米科学中心。该研究于2025年3月26日发表在《Organometallics》期刊上，卷号为44，页码为899-904。
本研究属于无机化学和有机金属化学领域，特别是关于硼烯（borylene）化合物的合成与反应性研究。硼烯是一类具有电子缺陷的硼中心化合物，通常由一个有机取代基、一对孤对电子和两个空轨道组成。由于硼烯的高反应性，它们在气相或低温基质中通常只能作为反应中间体存在。近年来，硼烯化合物因其独特的电子结构和双亲性行为（ambiphilic behavior）而受到广泛关注，尤其是在小分子活化（如H₂、CO₂等）方面表现出类似过渡金属的活性。
本研究的背景是探索如何通过配体稳定双配位硼烯，并研究其与二氧化碳（CO₂）的反应性。此前，仅有少数几例硼烯化合物能够活化CO₂，且大多数涉及过渡金属或复杂的配体系统。本研究的目标是通过使用特定的配体组合（如Me₂-CAAC）和超硅基取代基（hypersilyl substituent），合成并稳定一种无氨基取代基的双配位硼烯，并研究其与CO₂的反应机制。
本研究分为多个步骤，包括化合物的合成、还原反应、结构表征以及反应机制的理论计算。以下是详细流程：
化合物1的合成
研究人员首先合成了Me₂-CAAC稳定的前体化合物1，即(Me₂-CAAC)B(Cl)₂Si(SiMe₃)₃。该化合物通过在-78°C下将Me₂-CAAC与BCl₂Si(SiMe₃)₃在戊烷中反应制得，并通过热甲苯提取和-20°C结晶得到淡黄色晶体。通过¹³C和¹¹B NMR光谱以及单晶X射线衍射分析，确认了化合物1的结构，显示其具有四配位的硼原子和典型的四面体几何构型。
化合物2的合成
化合物1通过一电子还原反应生成自由基化合物2，即(Me₂-CAAC)B(Cl)Si(SiMe₃)₃。还原剂为钾萘（potassium naphthalenide，K[C₁₀H₈]）。化合物2通过冷戊烷重结晶得到红色晶体，并通过EPR光谱和单晶X射线衍射分析确认其结构。EPR光谱显示了一个对称的27线模式，表明存在多个具有半整数自旋的核。
化合物3的尝试合成
化合物2进一步通过一电子还原反应试图生成双配位硼烯3，即(Me₂-CAAC)BSi(SiMe₃)₃。然而，无论反应条件如何，生成的中间体3都会迅速发生分子内C-H活化，生成环化产物4，即cyclo-(Me₂-CAAC)B(H)Si(SiMe₃)₃。通过单晶X射线衍射和FTIR光谱确认了化合物4的结构，显示其具有一个B-H键。
化合物5的合成
由于化合物3无法稳定存在，研究人员尝试通过CO配位将其捕获为羰基配合物5，即(Me₂-CAAC)B(CO)Si(SiMe₃)₃。化合物5通过UV光解CO₂气氛下的5生成，并通过单晶X射线衍射和FTIR光谱确认其结构。
化合物6的合成
为了研究硼烯与CO₂的反应性，研究人员在CO₂气氛下对化合物1进行两电子还原反应，生成了一系列产物，其中包括化合物6，即(Me₂-CAAC)B(Cl)(H)C(O)OSi(SiMe₃)₃。通过单晶X射线衍射分析，确认了化合物6的结构，显示CO₂插入到了B-Si键中。
理论计算
研究人员通过密度泛函理论（DFT）计算分析了化合物6的形成机制，发现其通过一个瞬态的硼阴离子中间体[(Me₂-CAAC)B(Cl)Si(SiMe₃)₃]⁻与CO₂反应生成。
化合物1和2的合成与表征
化合物1和2的成功合成为后续研究奠定了基础。化合物1的四配位硼结构和化合物2的三配位硼自由基结构通过多种光谱和晶体学手段得到确认。
化合物3的不稳定性
尽管尝试了多种条件，双配位硼烯3无法稳定存在，而是迅速发生分子内C-H活化生成化合物4。这表明超硅基取代基无法完全补偿双配位硼中心的电子不稳定性。
化合物5的合成
通过CO配位成功捕获了双配位硼烯中间体，生成了稳定的羰基配合物5。这为研究硼烯的反应性提供了一种有效的方法。
化合物6的合成与CO₂插入反应
化合物6的合成表明，CO₂可以插入到B-Si键中，这是硼作为亲核试剂的一种罕见反应模式。该反应机制与过渡金属介导的羧化反应类似。
理论计算的验证
DFT计算支持了实验观察到的反应机制，并进一步揭示了CO₂插入B-Si键的详细路径。
本研究通过合成和表征一系列硼烯化合物，揭示了双配位硼烯的反应性和不稳定性。特别是，CO₂插入B-Si键的反应为硼化学提供了新的视角，表明硼在某些条件下可以表现出类似过渡金属的亲核行为。这一发现不仅扩展了对硼化学的理解，还为设计新型硼基催化剂提供了可能性。
新颖的反应模式
本研究首次报道了CO₂插入B-Si键的反应，表明硼可以作为亲核试剂参与小分子活化。
双配位硼烯的稳定性研究
通过CO配位成功捕获了双配位硼烯中间体，为研究其反应性提供了新的方法。
理论计算的结合
DFT计算为实验观察提供了理论支持，并详细揭示了反应机制。
本研究还提供了详细的实验和表征数据，包括晶体结构、光谱数据和计算细节，为后续研究提供了重要的参考。此外，研究中使用的高效合成方法和表征手段也为类似化合物的研究提供了技术借鉴。