当化学家们意外地发现具有“魔力的高峰”时，就像徒步旅行者第一次攀登雪山看见奇妙的顶峰那样的激动。

化学家眼中的高峰就是发现新的化学分子C研究者发现，这个顶峰颇具魔力而令人迷惑，因为其绝妙之处在于，实验将产生一种大量的特殊大小的分子，而不允许有任何分子的混杂，以创造一个宽广的未知高地的美好前景。

正是这个高峰导致巴基球的发现，这是一种类似于笼的碳分子叫做“富勒林”（fullerenes），几乎仅两年便吸引了化学、物理和材料科学领域的众多科学团体。

最近，宾夕法尼亚州立大学的研究人员也针对另一类甚至还多的笼状分子，像富勒林一样具有潜在的实际应用。

去年12月，化学家A · 韦尔福特 · 卡斯特利曼（A. Welford Castleman）在研究一组原子或分子以形成一种“超级分子”时也发现了这种奇妙的物质。

在一系列特殊实验中，他们研究了有机分子和金属钛的相互作用*研究人员使用一种称为激光汽化的技术，即令其于原生质“反应器”中在一束束激光的作用下进行反应。随之用质量分光计进行结果分析。

卡斯特利曼回忆说:“我们突然发现，宁愿向这个具有重要意义的高峰冲击。”这个高峰意味着，化学家们要制造一种质子和中子总数为528个原子质量单位组成的新分子。不知怎么地，他们认为在原生质反应器内，这些有机分子猛烈碰撞而崩溃，可能以多种方式多次重新组合，直到形成一种稳定的物质——这就是魔力般高峰的起源。也许研究者会创造一种44碳分子（每个碳原子会有6个中子和6个质子、总质量单位为12，而每个分子质量单位为528）。由此推测，他们制造了含有一个或两个金属原子的碳氢化合物。

人们对这个化合物还非常陌生。“我们获得的所有这些不同种类的化合物就是我们的化学高峰。”卡斯特利旻告诉《科学新闻》杂志。研究人员连续试验了甲烷、乙烯、乙炔，最后是两种其它碳氢化合物丙烯和苯。他们每次都获得相同的结果。但他们发展。当碳氢化合物同除钛以外的其它金属原子起化学反应时，便会在微小变化的不同位点产生一座新的高峰。

在这个被假定的实验里，原子被牵制住，他们重复使用有机化合物同一种氢的重同位素——重氢进行了实验。如果这种新化合物含有氢，那么这座高峰就意味着，通过每个氢原子一个质量单位的转移而结合到分子中去。

这座魔术般的山峰正好是528。“它告诉我们正要除掉所有的氢。”卡斯特利曼说。 他承认在这一点上曾有些泄气。“我们走了一条错误小道”。

最近几周，传说顾（Guo）制造了各种高峰的透明物质。他和卡斯特利曼希望了解其意义，他们偶然在彼此分子间顶部堆集少量透明物。他们认识到，如果这些神秘分子含有几种金属原子，不是一种或两种的话，那么便可解释这些高峰为何有不同定位。

这些化学高峰使我们想起卡斯特利曼实验小组去年所作的工作，水有助于形成20个分子一组的化学物质，使内部第21个水分子分离出来。结果一组化合物组成12个五边形的多而体。“或许我们实验室所做的每次实验结果都是20个单位结构的化合物。”他与顾开玩笑说。

就像一套新实验所显示的那样，原来这并非玩笑。研究者这次从含有碳的较重同位素的碳氢化合物分子着手。富魔力的高峰转移：质量增加的量意味着，这种新的化合物含有12个碳原子。

“我们不希望分子中金属原子多于一个或两个。”卡斯特利曼说。“如果有8个金属原子都转移，当然使我们激动不已。但要形成这种笼状结构又谈何容易。”

最著名的笼状结构是叫做富勒林的全碳分子。过去一年间，几位研究者为修饰、变空分子，有时试图用其它原子量换少数碳原子而辛勤工作。迄今，他们仅成功地将6个原子转移到碳原子中去。

理论化学家指出，巴基球可进行多种控制。但在较小富勒林中的过多置换可导致产生微孔分子，并通过核心以及在其周围形成键。纽约州立大学的理论化学家丹尼尔 · 杰尔斯基（Daniel A. Jelski）说。他的计算结果表明，例如，超过12个硼、氮或硅取代原子插入44碳富勒林中便使之崩溃。因此，含有12个碳原子和许多金属原子的稳定球状分子似乎不大可能。

宾夕法尼亚州一研究小组发现的新的球状分子含有8个钛原子。研究者首次使用质量光谱测定法分离出新分子，然后把氨离子加入反应器内。这些离子不与碳而仅与钛配对。科学家们采用第二质量光谱测定表明，8个氨离子进入分子中，8个钛原子在分子外占据等价的地方。

他们断定，所获得的新分子中8个钛原子和12个碳原子排列为五边形，键合成一种对称的12边形球，为球形或折迭形。2个钛原子和3个碳原子构成一个五边形，每个钛原子与3个碳原子相连。研究者将这种分子叫做Metallo Carbohedrene，简称met-car。从金属如钛中转移的电子在met-car中分布的结构同以这种方式聚集的20个碳原子相比不易扭曲 · 他们怀疑，在每个五边形结构中，某些钛电子可能自由游弋。这些离位的自由电子将传递非常有趣的电磁特征，从而暗示，这些新分子在数据贮存、污染控制和开发新催化剂领域前景看好。

足够的碳原子组成两个苯环，这种分子令人瞠目吃惊。他们发觉在质量谱方面结合在一起的最小富勒林至少含有30个碳原子，少部分倾向于崩溃，因为应变急剧地使碳联系削弱。他们对富勒林结构进行了研究，这种结构中的碳原子排列成12个五边形和可变的六环，结果指出，在五边形中离得最远的分子最稳定，杰尔斯克说。

这种新分子迫使3个五边形联为一起，更有利于钛原子的联系。杰尔斯克注意到，“在五边形之间有很大的张力，以致我不认为已经获得的12面体是完美的。”他补充说。

虽然与其它原子键合时传递或得到的4个电子被碳和钛共用，但绝不是成对的孪生原子。这些元素体积差异大，钛几乎是碳的4倍，杰尔斯克期望，某些met-car比其它物质结合更长久。因此，这种笼状结构可能缺乏布基球那种难以置信的对称性。最后，分子可能很小，某些结合扩大横穿笼的中心而产生较小的洞。

“这确实与富勒林不同。”里查德 · 史莫利（Richard E. Smalley）说，休斯敦利斯（Rice）大学研究组1985年首次发现巴基球神秘的高峰。这个大学的化学家第一次放入富勒林原子内取代笼中碳原子。“钛原子不能以该方式结合，它们完全包围着碳原子。”史英利认为，因为在met-car中每个钛连结3个碳原子，金属原子与某些其它物质密切键合，因此耍分离纯的Ti₃C₁₂是困难的，而且超出这些反应室外是不稳定的。“另一方面，也可能创造出一种非常幸运的分子。”史莫利补充说。

创造这样一种分子对化学家来说太幸运了。宾夕法尼亚州的化学家采用除钛以外的金属研制了met-car分子，试图根据特殊需要以开发剪裁分子特性的可能性。一个目的是可以得到分子中不同种类化学反应的位点。”杰尔斯克说。对met-car添加一个次要的化学基团或原子将破坏分子的对称性，或许“获得具单一特征的完整的球状体。”他补充说，“这就把事情变得很复杂，似同时也是很有效果的，将使你能制造一种大让珍贵的材料。”

这些分子中金属所占的高比率作为潜在的催化剂方面特别引起人们的兴趣，然而，许多科学家等待着下一步，要是5年多获得富勒林的话，科学家们必将收集和纯化足够多的新分子，以便研究其特征并进一步确定其结构。

加利福尼亚SRT国际组织的罗德尼弗（Rodney Ruoff）说，“绝对怀疑论者希望，在小瓶内能得到这些足量的分子，一种结晶生长并以X射线衍射获得这种分子结构。

卡斯特利曼的质量分光计无法测定大于1200原子质量单位的物质，但他及其其他人希望有一天能发现，met-cars在体积变化方面有用，正像富勒林那样。他们还希望找到一种途径以便生产大量的材料。

就像其他实验室加速制造他们自己的met-cars那样，宾夕法尼亚州研究小组努力在攀登新的化学高峰中领先一步。“我们已在瓶内获得了某些材料，不管它是否是met-car。”卡斯特利曼说。

同时：他的同事们引用这个新的笼分子作为广泛的化学簇范围的证据正待被人们发现，科克斯说：“这意味着，尚有许多未知物期待我们在三维世界中去寻找。”

〔Science News，1992年4月18日〕