Quantum chemical investigation for structures and bonding analysis of molybdenum tetracarbonyl complexes with N-heterocyclic carbene and analogues: helpful information for plant biology research

Khảo sát cấu trúc và phân tích bản chất liên kết của phức Mo(CO)4 chứa phối tử N-heterocyclic carbene và các phức tương tự bằng tính toán hóa lượng tử: Thông tin hữu ích cho các nghiên cứu về sinh học thực vật

Abstract

Quantum chemical calculations at the gradient-corrected (BP86) density-functional calculations with various basis sets (SVP, TZVPP) have been carried out for Mo(CO)4 complexes of N-heterocyclic carbene and analogues-NHEMe (called tetrylenes) with E = C, Si, Ge, Sn, Pb. The equilibrium structures of complexes [Mo(CO)4-NHEMe] (Mo4-NHEMe) exhibit an interesting trend which the lightest adduct Mo4-NHCMe has a trigonal bipyramidal coordination mode where the ligand NHCMe occupies an equatorial position. In contrast, the heavier species from Mo4-NHSiMe to Mo4-NHPbMe possess a square pyramidal structure where the ligands from NHSiMe to NHPbMe occupy a basal position. The slighter complexes Mo4-NHEMe possess end-on-bonded NHEMe ligands when E = C, Si, Ge with the bending angles, , are 180° whereas the heavier adducts Mo4-NHSnMe and Mo4-NHPbMe exhibit strongly side-on-bonded ligands which the bending angle,  become more acute. The trend of the bond dissociations energies-De [kcal/mol] (BDEs) for the Mo-E bonds is Mo4-NHCMe > Mo4-NHSiMe > Mo4-NHGeMe > Mo4-NHSnMe > Mo4-NHPbMe. Bonding analysis shows that the Mo-E bonds have a significant contribution from (CO)4Mo ← NHEMe π-donation. This is because the energy levels of the π-type donor orbitals of Mo4-NHCMe − Mo4-NHPbMe are higher lying than the σ-type donor orbitals. The NHEMe ligands in Mo4-NHEMe are strong electron donors. This review intends to provide a comprehensive data for plant biology research in the future.

Tính toán hóa lượng tử sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ kết hợp điều chỉnh gradient (BP86) từ các bộ hàm cơ sở khác nhau (SVP, TZVPP) được thực hiện cho việc tính toán lý thuyết của phức giữa Mo(CO)4 và phối tử N-heterocyclic carbene và các phức tương tự NHEMe (gọi là tetrylenes) với E = C, Si, Ge, Sn, Pb. Cấu trúc của phức [Mo(CO)4-NHEMe] (Mo4-NHEMe) thể hiện sự khác biệt khá thú vị từ Mo4-NHCMe đến Mo4-NHPbMe, phức Mo4-NHCMe có cấu trúc phối trí lưỡng tháp tam giác trong đó phối tử NHCMe chiếm ở vị trí xích đạo. Ngược lại, những phức có phân tử khối lớn hơn từ Mo4-NHSiMe đến Mo4-NHPbMe lại có cấu trúc tháp vuông và các phối tử từ NHSiMe đến NHPbMe chiếm vị trí cạnh (basal – cạnh hướng về bốn đỉnh của đáy vuông). Các cấu trúc của phức Mo4-NHEMe cho thấy các phối tử NHEMe với E = C-Ge tạo với phân tử Mo(CO)4 một góc thẳng =180.0°, ngược lại, các phức nặng hơn Mo4-NHEMe thì phối tử NHEMe với E = Sn, Pb liên kết với phân tử Mo(CO)4 tạo góc cong và góc cong, , càng trở nên nhọn hơn khi nguyên tử khối của E càng lớn. Năng lượng phân ly liên kết của liên kết Mo-E giảm dần: Mo4-NHCMe > Mo4-NHSiMe > Mo4-NHGeMe > Mo4-NHSnMe > Mo4-NHPbMe. Phân tích liên kết Mo-E cho thấy có sự đóng góp đáng kể của sự cho liên kết π (CO)4Mo ← NHEMe. Điều này có thể do mức năng lượng của orbital π-cho của Mo4-NHCMe − Mo4-NHPbMe nằm cao hơn orbital σ-cho. Từ kết quả tính toán có thể kết luận rằng phối tử NHEMe trong phức Mo4-NHEMe là chất cho điện tử mạnh. Kết quả nghiên cứu lý thuyết về hệ phức Mo4-NHEMe lần đầu tiên cung cấp một cơ sở dữ liệu hoàn chỉnh cho các nghiên cứu về sinh học thực vật trong tương lai.