柏林自由大学JACS:晶体学证据证明 Bi(I) 是最重的卤素键受体!

文摘   2024-10-31 19:04   河南  

第一作者:Liam P. Griffin,Tim-Niclas Streit
通讯作者:Moritz Malischewski,Antonio Frontera
通讯单位:柏林自由大学,西班牙巴列斯大学




研究背景



绿色亚铋(RBi)在低温下与高氟化芳基碘化物形成络合物,形成了一种不稳定的红色物种,该物种可以看作是整个Bi(I)→Bi(III)氧化过程的中间体。密度泛函理论(DFT)计算证实了Bi(I)中心充当电子供体的角色,并建立了两个方向性很强的卤素键。卤素键的形成导致颜色从绿色变为红色,这是由于Bi(I)的孤对电子与卤素键供体之间的能量稳定相互作用。这项研究首次从结构上证明了铋以及更广泛意义上的重有机锑原(I)化合物可作为卤素键受体。




图文解析



图 3. (a) 化合物 3 的 NCIplot 分析。仅表示分子间相互作用。(b) 参与 LP(Bi)→σ*(C-I) 电荷转移的 NBO。二阶扰动能 E(2) 如图所示。(c) 突变化合物(tBu → H)的 QTAIM(BCP 为红色球体)和NCIplot 组合分析。键临界点的密度值已标出。

图 4. 化合物 3 在 I-Bi-I 平面上的电子定位函数。键路径用棕色线表示,BCP 用红点表示。

图 5. 化合物 1a(绿线)和化合物 3(红线)在可见光区域的理论吸收光谱。图中标出了过渡轨道、波长 (λ) 和振荡器强度。同时还提供了 HOMO 的能量。

研究团队对Bi(I)试剂进行了晶体学和量子化学的研究,证明了其在成为最重的卤素键受体方面的潜力。晶体结构表明,Bi-I键距远远小于范德华半径之和,并且芳基碘化物中的C-I键被拉长。这种晶体结构可以被看作是反应过程中芳基碘化物与低价主族元素之间形成的中间体。但由于这些加合物的稳定性低,结构表征困难。然而,通过紫外-可见光谱的计算结果以及溶液的红色颜色,证明了这些加合物发生了加成反应。研究进一步强调了Bi(I)在卤素键合中的特殊潜力,并为进一步研究重主族元素的领域铺平了道路。为了充分了解这些元素在分子化学中的潜力,需要进行全面的计算和实验研究。随着该领域的发展,这项研究将成为化学家探索主族元素化学的重要参考。

参考文献:

Crystallographic Evidence for Bi(I) as the Heaviest Halogen Bond Acceptor

Liam P. Griffin, Tim-Niclas Streit, Robin Sievers, Simon Aldridge, Rosa M. Gomila, Antonio Frontera, and Moritz Malischewski

DOI: 10.1021/jacs.4c11901


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