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Chem. Eur. J. :“推拉”效应助力双硼分子(CAAC)2B2(SH)2中的电子激发2023-04-08
由于硼原子的缺电子特点,含硼化合物往往具有独特的电子结构和化学性质,在有机合成和催化领域具有广泛的应用前景。近年来,不饱和硼化合物引起了化学家的极大关注。德国维尔茨堡大学(JMU)的Holger Braunschweig教授课题组在硼族化合物合成及应用方面取得了一系列显著成果。有趣的是,该课题组发现环(烷基)(氨基)卡宾(CAAC)稳定的双硼分子(CAAC)2B2(SR)2 (R为取代基)有两个未成对电子,以双自由的形式存在;而氮杂环卡宾(NHC)稳定的双硼类似物中则存在B=B双键。深入认识卡宾及取代基对双硼化合物的影响对指导其合成和性能调功控具有重要意义。

近期,河北师范大学张怀玉副教授和美国北卡罗莱纳大学格林斯伯勒分校莫亦荣教授,利用块定域化波函数(BLW)和价键自洽场(VBSCF)方法,通过逐步定域电子,借助几何构型和离域能分析,探究了-SH取代基平面化及其所引起的“推拉”效应对双硼分子(CAAC)2B2(SH)2单三重态的影响。

计算表明,-SH取代基平面化可以使得(CAAC)2B2(SH)2单三重态能级差明显降低(图1)。-SH取代基为π供电子基团,而CAAC配体为π吸电子基团。因此,-SH取代基平面化使得双硼分子(CAAC)2B2(SH)2中存在π电子“推拉”效应。基于几何结构和离域能分析发现,-SH取代基中的孤对电子排斥会增强B=B中心与CAACs卡宾之间的离域效应;而-SH取代基中孤对电子的离域作用会使得B-B键进一步变长。另外,基于VBSCF计算发现,(CAAC)2B2(SH)2中的“推拉”通道主要分别存在于两个(CAAC)B(SH)片段中(图2)。

 

 

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图1.  (a) (CAAC)2B2H2 和 (b) (CAAC)2B2(SH)2激发过程图(kcal/mol,红色为CASPT2数据,蓝色为UM06-2X数据)

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图2. (a) 单重态和(b)三重态平面 (CAAC)2B2(SH)2中的π电子离域

这项工作揭示了-SH取代基平面化及其所导致的π电子“推拉”效应能够明显降低(CAAC)2B2(SH)2单三重态能级差,对双硼化合物设计和性能调功控具有重要指导意义。

文信息

Captodative Effect Facilitates the Excitation in Diboron Molecule (CAAC)2B2(SH)2

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

Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202203817