包含平面五配位和平面四配位碳化合物的结构和稳定性

吴林峰 李飞飞 张聪杰

(陕西师范大学化学与化工学院,陕西省大分子科学重点实验室,西安710062)

包含平面五配位和平面四配位碳化合物的结构和稳定性

吴林峰 李飞飞 张聪杰*

(陕西师范大学化学与化工学院,陕西省大分子科学重点实验室,西安710062)

在B3LYP/6-311+G＊＊水平上,研究了包含平面五配位碳(ppC)和平面四配位碳(ptC)的化合物CB5C2H2(C3B2)nC2H2CB5(n=1-5)的结构、能隙、IR光谱、电子光谱、Wiberg键指数以及芳香性.计算结果表明,这五种化合物的能量最低结构均位于势能面的极小值点,HOMO-LUMO能隙在0.5到1.2 eV之间,第一电子的激发能在1780到2910 nm之间,且与分子尺寸呈现非单调变化趋势.Wiberg键指数和键长表明这五种化合物的能量最低结构均包含平面五配位和平面四配位碳.C3B2单元和右侧CB5单元中三元环中心的核独立化学位移(NICS(0))值均为负值,而左侧CB5单元中的三元环中心的NICS(0)值中两个为正值,另两个为负值,NICS(1)值与NICS(0)值也一致,因此电子的局域离域对结构的稳定是很重要的.

密度泛函理论;平面五配位碳原子;平面四配位碳原子;芳香性

1 引言

1970年,Hoffmann等1通过杂化轨道分析了平面甲烷结构的分子的化学键,认为包含平面四配位碳原子(ptC)的化合物可能存在.40年来,在理论和实验上,科研工作者对包含平面四配位化合物的结构和稳定性进行了广泛的研究.2-28Keese13和Merino12等详细阐述了ptC领域在实验上和理论上的一些重要研究成果.在理论上得到的分子主要包含两类,一类分子是ptC通过化学键被束缚在笼中.2-5另一类是ptC置于平面分子中,通……