Transition metal complexes of NHE ligands [(CO)4W-{NHE}] with E = C – Pb as tracers in environmental study: structures, energies, and natural bond orbital of molecular interaction

Hợp chất của kim loại chuyển tiếp chứa phối tử NHE đóng vai trò là những hợp chất điển hình trong nghiên cứu môi trường [(CO)4W-{NHE}] với E = C – Pb: Cấu trúc, năng lượng, và orbital liên kết tự nhiên của tương tác phân tử

Abstract

Quantum chemical calculations at BP86/TZVPP//BP86/SVP have been carried out for the N-heterocylic carbene and analogues complexes (tetrylene) [(CO)₄W-NHE] (W4-NHE) with E = C – Pb. The tetrylene complexes W4-NHE possess end-on-bonded NHE ligands (E = C, Si), while for E = Ge and Sn, they possess slightly side-on-bonded ligands. The strongest side-on-bonded ligand when E = Pb has a bending angle of 102.9°. The trend of the bond dissociations energies (BDEs) for the W-E bond is W4-NHC > W4-NHSi > W4-NHGe > W4-NHSn > W4-NHPb. Analysis of the bonding situation suggests that the NHE ligands in W4-NHE are strong s-donors and weak p-donors. This is because the tetrylenes have only one lone-pair orbital available for donation. The polarization of the W-E bond and the hybridization at atom E explain the trend in the bond strength of the tetrylene complexes W4-NHE. The W-E bonds of the heavier systems W4-NHE are strongly polarized toward atom E giving rise to rather weak electrostatic attraction with the tungsten atom which is the main source for the decreasing trend of the bond energies. The theoretical calculations suggest that transition-metal complexes tetrylenes [(CO)₄W-{NHE}] (E = C – Pb) should be synthetically accessible compounds with tetrylenes NHE act as two-electron-donor ligands in complexes.

Phân tích cấu trúc và bản chất liên kết hóa học của hợp chất với kim loại chuyển tiếp chứa phối tử N-heterocyclic carbene và các đồng đẳng (tetrylene) [(CO)₄W–NHE] (W4-NHE) với E = C – Pb sử dụng tính toán hóa lượng tử ở mức BP86/TZVPP//BP86/SVP. Cấu trúc của phức W4-NHE cho thấy các phối tử NHE với E = C, Si tạo với phân tử W(CO)4 một góc thẳng = 180,0°, trong khi đó các phức W4-NHE thì phối tử NHE với E = Ge – Pb tạo liên kết với nhóm W(CO)4 một góc cong α < 180,0° và góc cong càng trở nên nhọn hơn khi E = Pb ( = 102.9°). Năng lượng phân ly liên kết của liên kết W-E giảm dần: W4-NHC > W4-NHSi > W4-NHGe > W4-NHSn > W4-NHPb. Tính toán hóa lượng tử trong phức [(CO)₄W-{NHE}] (E = C – Pb) cho thấy phối tử tetrylene là chất cho electron. Điều này có thể do phối tử tetrylene chỉ giữ lại một cặp electron tại nguyên tử E để đóng vai trò là chất cho điện tử. Độ bền liên kết của phức W4-NHE được giải thích nhờ vào độ phân cực của liên kết W-E và sự lai hóa của nguyên tử trung tâm E. Nguyên nhân chính làm giảm dần năng lượng liên kết là do liên kết W-E của các phức nặng hơn W4-NHE bị phân cực mạnh về phía nguyên tử E dẫn đến lực hút tĩnh điện với nguyên tử W yếu dần. Hệ phức nghiên cứu được coi là hợp chất điển hình cho các nghiên cứu thực nghiệm.