历经近50年的失败尝试与科学推测，德国萨尔大学化学家成功实现了曾被许多学者认为不可能的目标：制备出长期探寻的含硅芳香族分子。研究团队通过用硅原子取代一种著名稳定环状化合物中的碳原子，合成了五硅环戊二烯负离子——这项突破性成果已发表在《科学》期刊。
那么，这个团队到底取得了什么成就？他们成功合成了五硅杂环戊二烯基负离子，这是一种化学家们数十年来一直试图创造的化合物。虽然这个名字听起来可能有些生僻，但这项成就意义重大。研究人员用硅原子替代了芳香族化合物（有机化学中一类极其稳定的分子）中的碳原子。
芳香族分子在现代工业中至关重要，特别是在塑料制造业中。"例如，在聚乙烯和聚丙烯的生产中，芳香族化合物有助于制造催化剂，使这些工业化学过程更持久、更有效，" David Scheschkewitz解释道。硅与碳有根本性的不同，因为硅更具金属性，对其电子的束缚不那么紧密。因此，在五硅杂环戊二烯基负离子中用硅替代碳，可能会产生具有独特性质的全新类型的化合物和催化剂。这种转变为创新材料和工业过程开辟了可能性。
芳香稳定性为何如此特殊
创造这种分子的挑战在于芳香体系非同寻常的稳定性。环戊二烯基负离子（其硅类似物五硅杂环戊二烯基负离子所基于的含碳模型）是一种芳香烃，由五个碳原子排列成一个平面（"平面"）环状结构——这种结构造就了其非凡的稳定性。（历史注解：芳香族化合物之所以得名，是因为在19世纪下半叶发现的第一批此类化合物被发现具有特别独特且通常令人愉悦的芳香气味。）
"要归类为芳香族，一个化合物必须具有特定数量的共享电子，这些电子均匀分布在平面环结构周围，这个数量由休克尔规则表示——这是一个以德国物理学家埃里希·休克尔的名字命名的简单数学表达式，" David Scheschkewitz解释道。因为这些电子均匀分布在环周围，而不是束缚在单个原子上，所以分子获得了额外的稳定性。
数十年的失败尝试终获成功
多年来，化学家们只知道一种基于硅的芳香族化合物。1981年，研究人员创造了环丙烯正离子的硅类似物——一种芳香族分子，其中三元碳环被三元硅环取代。除此之外，尝试制造更大的基于硅的芳香体系屡屡失败。
现在情况不同了。Ankur、Bernd Morgenstern 和 David Scheschkewitz 合成了一种五元硅环，该环显示出芳香性的决定性特征。几乎同时，日本仙台东北大学的 Takeaki Iwamoto 团队独立合成了同一种化合物。两个团队同意在《科学》杂志的同一期上同时发表他们的研究结果。
为新材料和催化剂打开大门
这项突破为开发具有潜在工业应用的新材料和化学过程奠定了基础。经过数十年的探索，研究人员在拓展硅基化学的可能性方面迈出了关键的第一步。