另類生命由「硼」構成

翻開元素週期表,我們會看到硼元素處於“非驢非馬”的位置上。在它左邊,是金屬鈹。我們知道,在化學反應中,金屬一般都會失去電子,形成離子型的化合物。而在它右邊,是非金屬碳和氮。這兩種元素的原子最外層分別有4個和5個電子,在化學反應中,它們傾向於與“它人”共享電子,所謂的“與人方便,與己方便”,最後大家最外層電子數都達到8個的穩定結構。這種共享電子的方式,在化學上叫共價鍵。

另类生命由“硼”构成

三價硼化合物問世

形成共價鍵的方式一般是這樣:你出一個電子,我出一個電子,這對電子就形成了一個共價鍵;接下去,要是最外層電子還有剩餘,那麼你再出一個,我也再出一個,形成第二個共價鍵……依次類推。既然碳和氮最外層電子數都超過3個,那可見它們是很容易形成三個共價鍵的。實際上,碳和氮的三價化合物的確有很多。

說到硼,那就是另一回事了。一個硼原子可以失去3個最外層電子,形成類似金屬的離子型化合物,——這在現實中已經存在。照理論上說,它還可以與他人共享3個電子,形成擁有3個共價鍵的化合物,而這種穩定的化合物卻很久以來一直沒有找到。

2002年,我國復旦大學的科學家稱,他們在實驗室合成出了三價硼化合物,但這種化合物僅在8K的超低溫下才穩定。直到時隔10年之後的今天,德國科學家才在實驗室合成出了在室溫下穩定的三價硼化合物。在這種化合物中,兩個硼原子每個“捐出”和共享3個最外層電子,形成3個共價鍵。這樣,每個硼原子相當於最外層擁有了6個電子。但最外層達到8個才穩定,怎麼辦呢?科學家讓每個硼原子兩邊各與一個有機分子相連,這個有機分子有富餘的2個電子,無條件地“捐出來”與硼原子共享,於是每個硼原子最外層都擁有了8個電子,從而達到了穩定的結構。

另类生命由“硼”构成

硼“有機”化學

我們知道,碳是元素週期表中的超級“天王”,它所形成的有機物種類比所有元素形成的無機物種類還多。它之所以能一枝獨秀,跟碳原子之間很容易形成共價鍵的鏈是分不開的。既然硼是碳的鄰居,兩者有很多相似之處,那為何不讓硼也學一學碳,形成共價鍵的鏈呢?人們早些時候做過很多嘗試,但都失敗了。

但近年來,這方面也取得了進展。要想讓硼原子成鏈,關鍵在於選擇催化劑。催化劑的作用相當於一個“腳手架”,把兩種本來不會發生反應的化學物質連接起來,待到形成穩定的結構之後,悄悄撤去。科學家發現,鐵對於硼是一個很好的催化劑。通過鐵,硼可以形成短鏈的分子。未來,化學家的一項重要任務是如何把短鏈逐步增長,以至於形成硼的“有機”高分子。

這些硼的“有機”高分子實際上是碳有機高分子的等價物,從分子結構來說,唯一的區別是碳原子用硼原子取代。但經這一取代,化學和物理性質會很不相同,所以用途將非常廣闊。

我們知道,在地球上所有生命的軀體都是在碳元素基礎上搭建起來的,蛋白質、核酸等與生命活動有關的最重要的有機大分子都離不開碳,所以地球生命屬於“碳基生命”。但假如硼取代碳也能形成蛋白質、核酸等大分子,那麼就多了一種生命形式——“硼基生命”。然後我們還可以指望在某些含硼元素豐富的外星上,找到這種生命。

總而言之,化學的一個新天地——硼“有機”化學正在悄悄興起,說不定還能製造出另類生命哩。


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