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BO基杂配位过渡金属羰基化合物是过渡金属羰基化合物的BO基取代产物,具有潜在应用价值。我们选用密度泛函中的B3LYP和BP86两种方法对单核及双核第一过渡周期BO基杂配位过渡金属羰基化合物进行了理论研究。主要预测结果如下:
1.Fe2(BO)2(CO)n(n=9,8,7,6,5)体系
1)饱和Fe2(BO)2(CO)8与过饱和Fe2(BO)2(CO)9
饱和Fe2(BO)2(CO)8结构模式与等电子体MD2(CO)10相似。低能量构型主要包括:①端CO基和端BO基交叉的无桥构型;②端CO基和端BO基重叠的无桥构型;③BO/CO基桥连构型(单桥和双桥)。Fe2(BO)2(CO)8最低能量构型与等电子体Mn2(CO)10实验所测交叉构型相似,是端CO基和端BO基交叉的无桥结构,Fe-Fe单键连接两金属单元。另有3个类似低能量交叉构型,与最低能量构型的能量差在3kcal/mol以内。其主要结构差异在于端位BO基位置不同。端CO基和端BO基重叠的无桥构型比最低能量结构(交叉构型)高约5-9kcal/mol,有虚频。沿振动模的方向去虚频,得相应交叉构型。Fe2(BO)2(CO)8的最低能量构型的单核碎片离解能约25kcal/mol,表明Fe2(BO)2(CO)8是热力学稳定结构。
过饱和Fe2(BO)2(CO)9最低能量结构是端CO基和端BO基相对Mn-Mn轴交叉的单羰基桥连构型,两Fe原子间距大,无明显直接作用。在饱和Fe2(BO)2(CO)9的高能量结构中同事发现了BO与CO基耦合后配位于金属原子的结构,其能量较最低能量构型高约4-6 kcal/mol。Fe2(BO)2(CO)9的单羰基离解能仅约3 kcal/mol,表明过饱和Fe2(BO)2(CO)9极易解离一个羰基形成饱和配位Fe2(BO)2(CO)8。
2)不饱和Fe2(BO)2(CO)n(n=7,6,5)体系
不饱和Fe2(BO)2(CO)n(n=7,6,5)大部分的异构体中,BO配体中的O原子表现出较CO中O原子高的碱性。Fe2(BO)2(CO)n(n=7,6,5)多数构型中,BO基作为三电子给体桥配体,B和O原子都与金属原子有成键作用。在Fe2(BO)2(CO)7四个单态最低能量构型和Fe2(BO)2(CO)6的全部四个单态低能量结构以及Fe2(BO)2(CO)5的两个三态低能量结构中,都有这种η2-μ-BO桥和Fe-Fe单键。两BO基耦合的双氧双硼(B2O2)桥配体首次在Fe2(BO)2(CO)n(n=7,6,5)结构中发现:即两个BO基顺式或反式耦合形成B2O2配体后桥配位于Fe2单元。
2.Mn2(BO)2(CO)n(n=9,8,7)体系
Mn2(BO)2(CO)9结构与等电子体Cr2(CO)11结构不同,与Cr2(CS)2(CO)9结构类似,“首尾相连”η2-μ-EO(E=B,C)桥连接两个金属单元,结构无Mn-Mn键使每个Mn原子满足18电子构型。其中“首尾相连”CO桥构型比“首尾相连”BO桥构型能量高约17 kcal/mol,表明Mn2(BO)2(CO)9结构更倾向于BO桥而非CO桥,即BO基中O原子碱性强于CO基O原子。Mn2(BO)2(CO)9最低能量构型为“首尾相连”BO桥构型。无“首尾相连”BO桥的Mn2(BO)2(CO)9最低能量构型中出现了由两端位BO基耦合的双硼双氧配体B2O2。更高能量构型中还包括与等电子体Cr2(CO)11最低能量构型类似的单桥和双半桥结构。对称及不对称离解同时表明:Mn2(BO)2(CO)9最低能量构型是热力学稳定结构。
不饱和Mn2(BO)2(CO)n(n=8,7)衍生物,所有低能量构型中都有桥配位(单桥、双桥和三桥),并几乎都是BO桥优先配位,只有三桥配位的结构才有一个CO桥。这再次表明:BO中的O原子碱性强于CO中的O原子。Mn2(BO)2(CO)n(n=8,7)能量最低结构都是两个“首尾相连”BO桥连接两Mn金属单元的双桥构型,次能量构型是耦合后的反式.双硼双氧配体的桥连构型。与Fe2(BO)2(CO)n(n=7,6)不同,多数Mn2(BO)2(CO)n(n=8,7)构型倾向于重叠结构,交叉虚频结构去虚频后至重叠构型。
研究中找到了相对可靠的过渡金属有机化合物的理论研究方法;发现了未见报道的BO基杂配位的成键模式;按计算预测的最稳定结构的热力学性质预测其实验合成潜在可能性,为实验有机金属化学家提供合成的线索,丰富了化合物的种类,为将来应用打提供了思路和理论依据。