第1章　绪论

物质世界异彩纷呈，目前人类已发现、创造的有机及无机化合物多达六千多万种，而且与日俱增，然而如此天量的化合物其实仅由有限的118种元素组成，着实令人惊叹。创造奇迹的正是化学键！通常化学键包括共价键、离子键和金属键。作为化学的灵魂，化学键一直受到理论和实验研究者的关注，探索原子新颖成键模式，设计或合成特殊成键化合物成为化学研究者永恒的追求，与此同时，化学键理论内涵及应用范围也被不断拓展和创新。

人们对于非金属原子探针—碳原子的成键特征可谓“情有独钟”，自然也受益匪浅。1857年，德国有机化学家凯库勒提出了碳的四价学说，1874年荷兰化学家范特霍夫（Vant Hoff）和法国化学家勒贝尔（Le Bel）分别独立提出碳的四面体构型学说[1，2]，逐步构建了经典的有机结构理论。此后一百多年，有机化学蓬勃发展，有机饱和烃分子结构均可由碳四面体结构理论做出合理解释。配体原子与碳原子中心结合形成稳定化合物，主要有三种典型方式：乙炔的线型两配位、苯环的三角形三配位和甲烷的四面体四配位。这三种成键方式已经主导碳化学一百余年，是否还有其它非经典配位模式呢？

1968年，Monkhorst理论研究不对称碳对映异构体之间进行非断键转化时，发现过渡态中心碳原子与周边基团以平面四配位方式成键[3]。1970年，诺贝尔奖得主Roald Hoffmann等[4，5]创造性地提出平面四配位碳概念（planar tetracoordinate carbon），并探讨了平面四配位碳化合物存在的可能性及稳定策略，揭开了平面多配位碳化合物的研究序幕。对于平面多配位碳化合物的探索始于量子化学理论计算。随着新的量化理论和计算方法的稳步发展，以及计算机运算能力的不断增强，理论研究者可以采用严格的量化计算获得与实验结果相媲美的结果，有时甚至比实验结果更准确。此外，Gaussian、ADF、Gamess、NWChem等量化程序功能的日益强大，从头算和密度泛函等理论方法日益完善，使得理论预测、设计平面多配位碳分子对于实验上制备宏观量的产品有着愈加重要的意义。从平面四配位碳概念提出至今四十多年来，理论设计、实验合成、表征含有平面多配位碳的新型化合物成为化学界一个新的研究热点，研究内容和方法不断拓展，相应成果不断积累[6-13]。