Chem. Eur. J. :孤对排斥作用拉长氨基取代二铝烯/二硅烯中的Al-Al/Si-Si 键长

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1981年,West 和Yoshifuji及其合作者们分别成功合成了首例二硅烯、二磷烯,并打破了“双键规则”(主量子数大于2的原子不能形成π键)。自此,主族重原子多重键化合物备受有机金属、无机化学领域科研工作者关注。


目前,实验上合成的第三、四主族重原子的同核烯烃类似物多为芳基或者硅基取代的化合物,而其他杂原子(非C 和Si)取代的化合物较少。不同于硼/碳烯的平面构型,第三、四主族重原子的烯烃类似物的构型通常为锥形,其成键本质引起了理论化学工作者的广泛讨论。有趣的是,相比芳基或者硅基取代的化合物,有些杂原子取代的化合物中,M=M 键(M为第三、四主族重原子)更长,或者分子扭曲性更强。


最近,河北师范大学张怀玉副教授、曾艳丽教授与美国北卡罗莱纳大学格林斯伯勒分校莫亦荣教授,利用自己发展的从头算价键方法,即块定域波函数方法(Block-localized Wavefunction,BLW),在密度泛函理论框架下对氨基取代二铝烯/二硅烯进行了研究。


在DFT//(图1)级别下, 分子中同时存在π离域和氨基中孤对电子与M=M π键之间的排斥作用;而BLW方法能够有效定域π电子,因此,π离域作用被禁止;进一步旋转氨基(图1,DFT⊥),π离域和氨基中孤对电子与M=M π键之间的排斥作用同时消失。计算结果表明,虽然π离域会在一定程度上拉长M=M键,但氨基中孤对电子与M=M π键的排斥作用(图2 )是氨基取代二铝烯/二硅烯中M=M键较长的重要原因。当取代基为缺电子的硼基BH2时,M=M键明显缩短,同时分子平面性增强。



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图1. 不同构型和电子态的氨基取代的二铝烯化合物

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图2. 氨基中孤对电子与M=M π键的排斥作用

该工作阐明了氨基取代基引入的π-π排斥对氨基取代二铝烯/二硅烯几何构型的重要影响,对主族重原子多重键化合物的设计、合成和性能调控等具有一定指导意义,有利于推动该类化合物的合成、发展及在催化领域的应用。

文信息

Stretched Central Double Bonds in Dialumene and Disilene by Amino Substituents: A Case of Lone Pair Repulsion.

Huaiyu Zhang, Yating Wang, Qingrui Lu, Jinshuai Song, Yandong Duan, Yanli Zeng, Yirong Mo


Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202301862




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