Bor ile oksijen arasında üçlü bağ: 60 yıllık arayış Würzburg'da kristale dönüştü

Würzburg Üniversitesi'nde iki doktora öğrencisi, Lukas Lubczyk ve Christian Markl, birbirinden habersiz aynı tuhaflığı fark etti. Laboratuvarın üzerinde çalıştığı son derece tepkin bir bor bileşiğini, organik kimyanın en sıradan reaktiflerinden olan ketonlarla karıştırdıklarında kapta turuncu ve sarı katılar kalıyordu. Bu katılar, kimyacıların en az 1960'ların başından beri peşinde olduğu bir molekül ailesi çıktı: bor ile oksijen arasında üçlü bağ taşıyan oksoboranlar.

Holger Braunschweig'in ekibi, Hindistan'daki Tezpur Üniversitesi'nden Ashwini K. Phukan'ın grubunun hesaplama desteğiyle bulguyu 27 Ekim 2026'da Nature Chemistry dergisinde yayımladı. Makalede üç ayrı oksoboranın oda sıcaklığında kristal katı olarak kararlı durduğu, şişeye konup incelenebildiği gösteriliyor. Daha önce bu moleküller ya gaz hâlinde ve aşırı soğukta bir anlığına yakalanmış ya da varlıkları ancak tepkime ürünlerinden dolaylı yoldan çıkarılabilmişti.

Bulgunun ağırlığı, borun oksijenle ilişkisinden geliyor. Makalenin yazarlarının hatırlattığı gibi bor doğada ve boraks gibi eski gündelik ürünlerde neredeyse hep oksit hâlinde, yani oksijene bağlı bulunur. Organik sentezdeki kullanımlarına da bor-oksijen bağlı bileşikler hâkimdir. Buna karşın iki element arasındaki en sıkı bağ biçimi, laboratuvar koşullarında elde tutulamıyordu.

Üçlü bağ ne demek?

Kimyasal bağ, iki atomun elektron paylaşmasıdır. Tekli bağda iki atom arasında bir elektron çifti, ikili bağda iki çift, üçlü bağda üç çift paylaşılır. Üçlü bağın bir kolu atomları doğrudan birleştiren sigma bağı, diğer ikisi bu eksenin çevresinde birbirine dik duran pi bağlarıdır. Bağ sayısı arttıkça atomlar birbirine yaklaşır ve bağ güçlenir.

Gündelik hayatta üçlü bağın en tanıdık örnekleri havadaki azot molekülü (N≡N) ve karbon monoksittir (C≡O). Organik kimyada ise nitril adı verilen R–C≡N bileşikleri yaygındır. Makalenin yazarları, oksoboranların (R–B≡O) nitrillerle aynı sayıda elektron taşıdığını, yani kimyacıların deyişiyle izoelektronik olduğunu vurguluyor. Kâğıt üzerinde benzer olan bu iki aileden biri raflarda dururken diğeri onlarca yıl boyunca ele avuca sığmadı.

Bor neden direniyordu?

Yazarlara göre asıl engel, B≡O bağının aşırı kutuplu olması. Bor elektron bakımından yoksul, oksijen ise elektronu güçlü biçimde kendine çeken bir element. Bağ kurulduğunda bor atomunda belirgin bir artı yük birikiyor ve çevredeki elektron zengini moleküller hemen bu noktaya yöneliyor. Sonuç olarak molekül, oluştuğu anda başka bir şeye dönüşüyor.

Bu yüzden önceki çalışmalar dolambaçlı yollar izledi. Oksoboranlar gaz fazında ve çok düşük sıcaklıkta donmuş bir ortamda hapsedilerek spektroskopiyle görüldü. Bora elektron veren bir grup (Lewis bazı) ya da oksijene elektron çeken bir grup (Lewis asidi) bağlanarak kararlı türevler üretildi. Son yıllarda eksi yüklü oksoboranlar da hazırlandı. Ancak makaleye göre bu türevlerin hepsinde bor-oksijen bağının derecesi gerçek bir üçlü bağın altında kalıyor ve destek gruplarını söküp serbest oksoboranı elde etme girişimleri sonuçsuz kaldı.

Braunschweig'in ekibi bu yola 2010'da da girmişti. Würzburg Üniversitesi'nin o yılki duyurusuna göre ekip, Science dergisinde B≡O birimini bir platin atomuna bağlayarak dengelediği bileşikleri tanıttı. Renksiz toz hâlindeki bu ürün saatlerce 100 °C'ye ve gün ışığına dayanıyordu. Yeni makale ise bu platin komplekslerinin hazırlanmasının zor olduğunu, bugün bile yalnız üç örneğin bilindiğini ve az sayıda tepkimelerinin doğrulandığını not ediyor. Aynı grup 2012'de iki bor atomu arasında, 2025'te ise yüksüz bir molekülde bor ile karbon arasında üçlü bağ kurduğunu duyurmuştu. Üniversitenin açıklamasına göre periyodik tablonun p-bloğunun ilk sırasında geriye kalan son hedef organik oksoboranlardı.

Beklenmedik bir tepkime

Çıkış noktası, ekibin bir süredir incelediği diborakümülen adlı bileşik. Bu molekülde iki bor atomu yan yana duruyor ve her biri CAAC kısaltmasıyla bilinen, bora elektron veren halkalı bir karbon grubuyla sarılı. Araştırmacılar bileşiği oda sıcaklığında benzofenon, 4,4′-dimetoksibenzofenon ve bir amid olan N,N-dimetilformamid ile tepkimeye soktu. Makalede belirtildiğine göre ekip, ketonun karbon-oksijen ikili bağının kopup bilinen türden bir ürün oluşmasını bekliyordu. Bunun yerine üç tepkimenin her biri yüzde 50'nin üzerinde verimle oksoboran verdi.

Hesaplanan tepkime yolu kabaca şöyle: ketonun oksijeni bor atomlarından birine tutunuyor, karbon-oksijen bağı iki bor arasında bölünüyor ve son aşamada oksijeni alan bor atomundaki CAAC grubu ayrılıyor. Geriye, tek bir bağla komşu bor atomuna tutunan doğrusal bir B≡O birimi kalıyor.

Üniversitenin duyurusunda Lubczyk, keşfin hoş bir sürpriz olduğunu, diborakümülenin bu şekilde, üstelik birden fazla basit maddeyle tepkimeye gireceğini hiç düşünmediğini söylüyor. Braunschweig ise alandaki hemen herkesin oksoboranlardan vazgeçtiğini, bu moleküllerin yalıtılamayacak kadar kararsız sayıldığını anlatıyor ve ekibin, onların bu tepkimelerde kendiliğinden oluştuğunu ve incelenecek kadar uzun süre dayandığını görünce şaşkına döndüğünü ekliyor.

Ölçümler ne söylüyor?

X-ışını kristalografisi, üç bileşikte de bor ile oksijen arasındaki uzaklığın 1,208 ile 1,217 angström arasında olduğunu gösterdi. Bir angström metrenin on milyarda biri. Bu değerler, şimdiye dek bilinen en kısa bor-oksijen bağına sahip olduğu düşünülen platin kompleksininkiyle neredeyse aynı. B≡O birimi de 174 ile 179,5 derece arasındaki açısıyla hemen hemen düz bir çizgi oluşturuyor. Aşağıdaki tablo, makalede verilen kristal ölçümlerini ve doğal rezonans kuramıyla (NRT) hesaplanan bağ derecesini bir araya getiriyor. Bağ derecesinin 3'e yaklaşması üçlü bağa işaret ediyor.

Bileşik	Nasıl elde edildi / dengelendi	B–O uzunluğu (Å)	Hesaplanan bağ derecesi
1a	Diborakümülen + benzofenon	1,208	2,914
1b	Diborakümülen + 4,4′-dimetoksibenzofenon	1,212	2,905
1c	Diborakümülen + N,N-dimetilformamid	1,217	2,535
Platin kompleksi (II)	B≡O birimi platine bağlı	1,210	2,586
Mes*BO(AlCl3) (III)	Oksijene alüminyum klorür bağlı	1,232	2,859

Kızılötesi ölçümler de aynı yöne işaret ediyor. 1a'da bor-oksijen titreşimi, borun iki doğal izotopu olan bor-10 ve bor-11 için ayrı ayrı 1922 ve 1860 cm⁻¹'de görülüyor. Yazarlar bu değerlerin Lewis bazıyla dengelenmiş türevlerden belirgin biçimde, platin komplekslerinden ise biraz yüksek olduğunu, yalnızca 10 kelvinde (yaklaşık eksi 263 °C) yakalanan geçici PhB≡O molekülünün biraz altında kaldığını belirtiyor. Buradan hareketle 1a ve 1b'deki bağların, kararlı ve yalıtılmış bileşiklerde şimdiye dek gözlenen en güçlü bor-oksijen bağları olduğunun muhtemel olduğunu yazıyorlar.

Bu moleküller neden dağılmıyor?

Asıl soru, bunca yıllık başarısızlıktan sonra bu üç molekülün neden ayakta kaldığı. Makaleye göre B≡O birimi, sıra dışı büyüklükte gruplarla sarılıp dışarıdan korunmuyor; açıklama elektronlarda. Hesaplamalar üç etkene işaret ediyor:

• Elektron veren komşu: B≡O birimine bağlı bor içeren grup (borilenil) son derece elektron zengini. Bu grup elektron yoğunluğunu B≡O birimindeki bor atomuna doğru itiyor ve oradaki artı yükü azaltıyor. Hesaplanan yük 1a'da +0,97 iken geçici PhB≡O'da +1,09. Daha düşük artı yük, dışarıdan gelen elektron zengini moleküllere karşı daha az çekicilik demek.
• Elektron almaya isteksizlik: B≡O bağının karşıt bağ karakterini taşıyan en düşük enerjili boş orbital, kararlı oksoboranlarda çok daha yüksek enerjide duruyor (1a için +3,13 eV, PhB≡O için +0,20 eV). Bu da molekülün dışarıdan elektron kabul etmesini zorlaştırıyor.
• Dağılmış yük: Geçici oksoboranlarda eksi yük oksijenin üzerinde tek bir noktada toplanıyor ve bu nokta tepkimenin hedefi oluyor. Kararlı olanlarda ise eksi yük molekülün daha geniş bir bölümüne yayılıyor.

Yazarlar, platin kompleksinde metal parçasının da B≡O birimindeki bor atomunun artı yükünü benzer biçimde azalttığını not ediyor. Bir başka deyişle borilenil grubu, platinin üstlendiği koruyucu rolü bir ana grup elementiyle üstleniyor.

İlk tepkimeler

Oda sıcaklığında kararlı olmaları, bu moleküllerin tepkimeye girmediği anlamına gelmiyor. Ekip 1a'yı iki tür aminle denedi. Pirolidinle tepkimede aminin azot-hidrojen bağı B≡O üçlü bağının üzerine eklendi ve ürün yüzde 87 verimle elde edildi. 2-aminopropan ise beklenen ekleme ürününü vermedi; molekül yeniden düzenlenerek spiro halkalı bir yapıya dönüştü. 1a'nın hazırlanması sırasında az miktarda mavi kristal hâlinde halkalı bir diradikal da oluştu. Tepkime 80 °C'de yapıldığında 1a yüzde 33, bu yan ürün yüzde 66 verimle ayrılabildi.

Ne işe yarayabilir?

Makale somut bir uygulama vaat etmiyor. Yazarlar çalışmanın, sentezlenemediği için şimdiye dek sınırlı kalan oksoboran kimyasının bütünüyle keşfedilmesine kapı açtığını ve elektron zengini borilenil gruplarının başka düşük koordinasyonlu ana grup parçalarını dengelemek için de kullanılabileceğini yazıyor. Üniversitenin duyurusuna göre ekip şimdi yöntemin periyodik tablonun başka köşelerindeki zor moleküller için ne kadar ileri götürülebileceğini sınıyor.

Ekibin üyelerinden Rian Dewhurst, 2025'teki bor-karbon üçlü bağı çalışması duyurulurken temel araştırmanın çoğu zaman beklenmedik yeniliklere yol açtığını hatırlatmış, Teflon ve süper yapıştırıcının da ilgisiz araştırmaların içinden çıktığını örnek vermişti. Oksoboranlar için de bugünkü değer, kimyacıların bor ile oksijenin nasıl bağlandığına dair elinde ilk kez oda sıcaklığında incelenebilir bir örnek bulunması.

Konunun Türkiye için ayrı bir yanı var. ABD Jeoloji Araştırmaları Kurumu'nun (USGS) Ocak 2025 tarihli bor özetinde Türkiye'nin rezervi 950 milyon ton olarak veriliyor; bu, tablodaki ülkeler arasında açık ara en büyük değer. Aynı özete göre ABD'nin 2020-2023 arasındaki bor ithalatının yüzde 90'ı Türkiye'den geldi. Bu laboratuvar çalışması doğrudan madencilikle ilgili değil, ama Türkiye'nin dünyanın en büyük bor kaynaklarına sahip ülkelerden biri olduğu düşünüldüğünde, borun temel kimyasındaki her yeni bilgi bu ülke için de anlam taşıyor.

Sınırlar ve açık sorular

• Elde edilen yalnızca üç oksoboran var ve hepsi aynı öncül bileşikten, aynı türden bor içeren yan grupla üretildi. Yöntemin farklı yan gruplarla çalışıp çalışmayacağı henüz bilinmiyor.
• Moleküller makalenin tanımıyla serbest oksoboran: bora Lewis bazı, oksijene Lewis asidi bağlı değil. Ancak kararlılıklarının kaynağı, B≡O birimine bağlı olan elektron zengini komşu grup.
• Hesaplanan bağ derecesi 1a ve 1b'de 3'e yakın, 1c'de ise 2,5 dolayında. Hesaplamalar bağın belirgin biçimde iyonik karakter taşıdığını da gösteriyor; yani bu üçlü bağ, karbon-azot üçlü bağı gibi dengeli bir paylaşım değil.
• Makaledeki tüm işlemler kuru argon altında ya da vakumda yapıldı. Bileşiklerin havaya ve neme ne kadar dayandığına dair bir ölçüm makalenin ana metninde yer almıyor.
• Öncül olarak kullanılan diborakümülen kendisi de son derece tepkin ve özel olarak hazırlanması gereken bir bileşik.

Sıradaki adım, bu moleküllerin neler yapabildiğini görmek. Nitriller organik kimyanın en çok kullanılan yapı taşlarındandır; aynı elektron düzenine sahip oksoboranların benzer bir zenginlik gösterip göstermeyeceği, ancak daha fazla örnek elde edilip daha çok tepkime denendikçe anlaşılacak. Bir başka açık soru da Würzburg ekibinin bulduğu elektron zengini kalkanın, bugüne dek yalnız aşırı soğukta görülebilen başka moleküller için de işe yarayıp yaramayacağı.

Fotoğraf: James L Marshall, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons