高等学校化学学报 ›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (11): 2485.doi: 10.7503/cjcu20180480
收稿日期:
2018-07-04
出版日期:
2018-11-10
发布日期:
2018-09-29
作者简介:
联系人简介: 张 珉, 男, 博士, 副教授, 主要从事理论化学研究. E-mail: 基金资助:
ZHANG Xingxing, WANG Yiqiao, GENG Yun, ZHANG Min*(), SU Zhongmin*(
)
Received:
2018-07-04
Online:
2018-11-10
Published:
2018-09-29
Contact:
ZHANG Min,SU Zhongmin
E-mail:mzhang@nenu.edu.cn;zmsu@nenu.edu.cn
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摘要:
在B3LYP/def2-TZVP水平下, 利用硫铝桥连平面CAl4结构, 设计了含平面四配位碳的单硫桥连CAl4S-和具有准平面四配位碳的四硫桥连CAl4S4结构. 团簇搜索结果表明两团簇均为势能面的极小值点, 并且两团簇均具有双重芳香性(σ+π). 单硫桥连CAl4S得失电子的稳定性研究结果表明, CAl4S-为不同价态下的能量最低点, 说明其热力学和动力学稳定性最好, 证明其在实验中被捕获的可能性极大. 准平面结构CAl4S4的适应性自然密度划分(AdNDP)分析表明, 其稳定性主要来源于价电子的离域, 其中三中心二电子σ键维持Al-S骨架的稳定, 五中心二电子σ键维持C-Al核心的稳定, 五中心二电子π键有利于整个准平面的整体稳定性.
中图分类号:
TrendMD:
张醒醒, 王艺桥, 耿允, 张珉, 苏忠民. 硫铝桥键稳定平面CAl4结构的理论研究. 高等学校化学学报, 2018, 39(11): 2485.
ZHANG Xingxing, WANG Yiqiao, GENG Yun, ZHANG Min, SU Zhongmin. Theoretical Studies on Enhancing the Stability of the Planar CAl4 by Al-S Bridge†. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(11): 2485.
Fig.1 Low-energy isomers of CAl4S- at B3LYP/def2-TZVP level, together with their relative energy(kJ/mol) difference including zero-point energy(ZPE) corrections
Method | RC-Al1 | RC-Al2 | RC-Al3 | RC-Al4 | RS-Al2 | RS-Al4 | RAl1-Al2 | RAl1-Al3 | RAl2-Al4 | RAl3-Al4 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
B3LYP | 0.195 | 0.197 | 0.202 | 0.198 | 0.226 | 0.227 | 0.292 | 0.285 | 0.271 | 0.268 |
BPE0 | 0.194 | 0.192 | 0.203 | 0.197 | 0.224 | 0.226 | 0.305 | 0.276 | 0.266 | 0.263 |
M06-2X | 0.193 | 0.192 | 0.205 | 0.200 | 0.222 | 0.228 | 0.308 | 0.276 | 0.266 | 0.260 |
CCSD | 0.194 | 0.193 | 0.203 | 0.202 | 0.222 | 0.229 | 0.296 | 0.287 | 0.268 | 0.265 |
Table 1 Important bonding lengths(nm) of S-01 using different methods
Method | RC-Al1 | RC-Al2 | RC-Al3 | RC-Al4 | RS-Al2 | RS-Al4 | RAl1-Al2 | RAl1-Al3 | RAl2-Al4 | RAl3-Al4 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
B3LYP | 0.195 | 0.197 | 0.202 | 0.198 | 0.226 | 0.227 | 0.292 | 0.285 | 0.271 | 0.268 |
BPE0 | 0.194 | 0.192 | 0.203 | 0.197 | 0.224 | 0.226 | 0.305 | 0.276 | 0.266 | 0.263 |
M06-2X | 0.193 | 0.192 | 0.205 | 0.200 | 0.222 | 0.228 | 0.308 | 0.276 | 0.266 | 0.260 |
CCSD | 0.194 | 0.193 | 0.203 | 0.202 | 0.222 | 0.229 | 0.296 | 0.287 | 0.268 | 0.265 |
Structure | QC/e | QAl/e | QS/e | WBIC-Al | WBIS-Al |
---|---|---|---|---|---|
S-01 | -1.289 | 0.238/0.682/0.211/0.580 | -0.422 | 0.135/0.156/0.132/0.145 | 0.214/0.202 |
S-02 | -1.356 | 0.405/0.729/0.274/0.405 | -0.457 | 0.121/0.168/0.115/0.121 | 0.406 |
Table 2 NPA charges(Q) and Wiberg bond indices(WBI) in S-01 and S-02
Structure | QC/e | QAl/e | QS/e | WBIC-Al | WBIS-Al |
---|---|---|---|---|---|
S-01 | -1.289 | 0.238/0.682/0.211/0.580 | -0.422 | 0.135/0.156/0.132/0.145 | 0.214/0.202 |
S-02 | -1.356 | 0.405/0.729/0.274/0.405 | -0.457 | 0.121/0.168/0.115/0.121 | 0.406 |
Cluster | QC/e | QAl/e | QS/e | WBIC-Al | WBIS-Al | WBIAl -Al | WBIC | WBIAl | WBIS | NICSd(1) | NICSu(1) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
CAl4S4 | -2.48 | 1.47 | -0.85 | 0.55 | 0.83 | 0.09 | 2.46 | 2.43 | 1.84 | -14.01 | -21.96 |
CAl4 | -0.63 | 0.73 | -0.33 | 0.00 | 0.23 | 0.02 | 0.58 | 0.61 | 0.53 | -12.17 | -6.94 |
CAl4 | -1.84 | 1.53 | -0.57 | 0.42 | 0.87 | 0.23 | 2.41 | 2.32 | 2.22 | -13.60 | -16.11 |
Table 3 NPA charges, Wiberg bond indices(WBI) and Nucleus-independent chemical shift(NICS)
Cluster | QC/e | QAl/e | QS/e | WBIC-Al | WBIS-Al | WBIAl -Al | WBIC | WBIAl | WBIS | NICSd(1) | NICSu(1) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
CAl4S4 | -2.48 | 1.47 | -0.85 | 0.55 | 0.83 | 0.09 | 2.46 | 2.43 | 1.84 | -14.01 | -21.96 |
CAl4 | -0.63 | 0.73 | -0.33 | 0.00 | 0.23 | 0.02 | 0.58 | 0.61 | 0.53 | -12.17 | -6.94 |
CAl4 | -1.84 | 1.53 | -0.57 | 0.42 | 0.87 | 0.23 | 2.41 | 2.32 | 2.22 | -13.60 | -16.11 |
Fig.6 Low-energy isomers of CAl4S4 at B3LYP/def2-TZVP level, together with their relative energy(kJ/mol) difference including zero-point energy(ZPE) corrections
MO | Percentage(%) | MO | Percentage(%) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
C | Al | S | C | Al | S | ||
HOMO | 43.04 | 19.84 | 37.12 | HOMO-10 | 3.53 | 30.63 | 65.84 |
HOMO-1 | 24.97 | 20.19 | 54.84 | HOMO-11 | 11.82 | 25.42 | 62.76 |
HOMO-2 | 24.97 | 20.19 | 54.84 | HOMO-12 | 0.03 | 46.21 | 53.76 |
HOMO-3 | 0.02 | 9.10 | 90.88 | HOMO-13 | 17.22 | 45.50 | 37.28 |
HOMO-4 | 3.71 | 20.09 | 76.20 | HOMO-14 | 17.22 | 45.50 | 37.28 |
HOMO-5 | 3.71 | 20.09 | 76.20 | HOMO-15 | 41.06 | 35.50 | 23.44 |
HOMO-6 | 0 | 21.08 | 78.92 | HOMO-16 | 0.11 | 13.73 | 86.16 |
HOMO-7 | 10.74 | 32.02 | 57.24 | HOMO-17 | 0.30 | 17.34 | 82.36 |
HOMO-8 | 0.40 | 21.88 | 77.72 | HOMO-18 | 0.30 | 17.34 | 82.36 |
HOMO-9 | 3.53 | 30.63 | 65.84 | HOMO-19 | 6.69 | 30.39 | 62.92 |
Table 4 Percentage from three elements to the MOs of quasi-planar P-01
MO | Percentage(%) | MO | Percentage(%) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
C | Al | S | C | Al | S | ||
HOMO | 43.04 | 19.84 | 37.12 | HOMO-10 | 3.53 | 30.63 | 65.84 |
HOMO-1 | 24.97 | 20.19 | 54.84 | HOMO-11 | 11.82 | 25.42 | 62.76 |
HOMO-2 | 24.97 | 20.19 | 54.84 | HOMO-12 | 0.03 | 46.21 | 53.76 |
HOMO-3 | 0.02 | 9.10 | 90.88 | HOMO-13 | 17.22 | 45.50 | 37.28 |
HOMO-4 | 3.71 | 20.09 | 76.20 | HOMO-14 | 17.22 | 45.50 | 37.28 |
HOMO-5 | 3.71 | 20.09 | 76.20 | HOMO-15 | 41.06 | 35.50 | 23.44 |
HOMO-6 | 0 | 21.08 | 78.92 | HOMO-16 | 0.11 | 13.73 | 86.16 |
HOMO-7 | 10.74 | 32.02 | 57.24 | HOMO-17 | 0.30 | 17.34 | 82.36 |
HOMO-8 | 0.40 | 21.88 | 77.72 | HOMO-18 | 0.30 | 17.34 | 82.36 |
HOMO-9 | 3.53 | 30.63 | 65.84 | HOMO-19 | 6.69 | 30.39 | 62.92 |
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