三烷基氧陽離子鹽(trialkyloxonium salt),是有機化學中活性最強的烷基化試劑之一,其帶正電的氧原子能以極快的速率,將烷基轉移給幾乎任何親核試劑。因此,操作三烷基氧陽離子鹽時,必須使用非親核性的溶劑,以避免氧陽離子瞬間被淬滅。在這背景下,「含羥基的三烷基氧陽離子」幾乎是自相矛盾的,也就是說,羥基是親核的,理應立刻攻擊分子內的氧陽離子中心;若還帶有烷氧基陰離子的話,則更被認為不可能存在。然而,化學家早已知道,將相互矛盾的官能基納入具有高度立體障礙的環系結構中,有時可使這些物種穩定存在。三并五員環骨架(heterotriquinane)正具有這樣的特性,即三個五員環以三葉草方式稠合,使頂點的雜原子形成嚴重錐化且無法翻轉的幾何構型,官能基被固定在環的凹面空間中。先前的研究已證明,將氧原子嵌入此骨架所得到的氧雜三環陽離子(oxatriquinane)能穩定存在,甚至可在矽膠管柱上層析或在水中回流。
近日,美國加州大學戴維斯分校的研究團隊,成功合成了具有三重對稱性的氧雜三環三醇,並進一步間接觀測到了迄今第一個三烷基氧陽離子(兩性離子,氧陽離子與氧陰離子)。合成路線以1,4,7-環壬三烯為起點,先氧化三個雙鍵得到三環氧化物,再與稀硫酸反應後分離出四醇中間體;以雙三氟甲磺醯亞胺處理後,即以高產率得到三烷基氧陽離子(此時還非兩性離子)。在該產物的結構中,三個羥基全部指向凹面空間,形成強烈的分子內氫鍵(H···O距離約2.02 Å),使羥基上的孤對電子無法攻擊氧陽離子中心。再進一步去質子化後,其中一個羥基變為氧陰離子,整體形成了兩性離子。計算顯示,該兩性離子中去質子化的O⁻與其餘兩個羥基形成了更強的氫鍵(H···O距離約1.59 Å),這使負電荷得以在凹面空間分散。在對照實驗中,研究人員把三個羥基全部換成甲氧基,發現在進行去質子化後立即分解,印證了分子內氫鍵的必要性。