南通大学化学化工学院色狼窝，江苏 南通

收稿日历：2022年9月13日；托付日历：2022年11月16日；发布日历：2022年11月23日

节录

接洽了一类新式含平面四配位硅的化合物的分子结构与性质。采用较高精度的量子化学计较尺度，密度泛函表面诱惑适中的基组，对计较后果进行静电势和前方轨说念分析，标明这类含有平面四配位硅基化合物的分子具有踏实的电子和几何结构。

枢纽词

平面四配位分子，量子化学，高斯，静电势

Computational Study on a New Class of Silicon-Based Compounds Containing Planar Tetra-Coordination

Tianhao Miao， Jinjin Ding*

College of Chemistry and Chemical Engineering， Nantong University， Nantong Jiangsu

Received: Sep. 13th， 2022; accepted: Nov. 16th， 2022; published: Nov. 23rd， 2022

ABSTRACT

A new class of planar tetra-coordinate molecular structure and properties of silicon compounds were studied. High precision of calculation method of quantum chemistry and density functional theory combined with moderate base groups is selected to calculate the electrostatic potential and the frontier molecular orbital analysis results. The results show that this kind of containing planar tetra-coordinate molecules of silicon compounds has the stable electronic and geometric structures.

Keywords:Planar Tetra-Coordinate， Quantum Chemistry， Gaussian， Electrostatic Potential

Copyright © 2022 by author(s) and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0).

1. 序文

碳与硅王人是宇宙上最蹙迫的元素之一，而硅元素在地壳中的浓度以致跨越氧元素，它们王人是多样特殊材料的蹙迫原料。早在1874年，van’tHoff就提倡了碳的四面体构型料到，这一料到很快被东说念主们接受并被定名为ttC，其后以致彭胀到了硅，也即是ttSi。1970年，Hoffmann等汲取类似计较法，对平面甲烷分子进行分析，提倡了踏实含ptC化合物的构型。其后越来越多的含ptC分子化合物被顺利制备，东说念主们也越来越温雅平面高配位碳体系，然则平面四配位硅的接洽却一直受限 [1] - [7]。

C和Si是本族元素，但与平面四配位碳比拟，东说念主们对平面四配位硅的接洽未几。在1979年，Würthwein等对含ptC和ptSi的分子进行了成键性质分析，他们发现ptC和ptSi不同，含ptSi分子的最高占据分子轨说念为σ型，最低未占分子轨说念为π型，因此唯有坚忍的π电子给体和σ电子受体聚积身手赢得踏实的平面四配位结构。到了2000年，Boldyrev等初度发表了在实践中不雅察到的含ptSi的 SiAl 4 − 与SiAl4团簇，其中阴离子和中性物资王人有17或16个价电子且平面四配位硅均为梯形构型。而到2012年，Alexandrova等提倡对这些团簇的几何结构的成型机理为体系共价性和芳醇性的挣扎，芳醇性较强于共价性因此愈加偏向于呈现平面构型，同期他们还估量了价电子数为14与18的系列团簇。2014年，Scheschkewitz等东说念主顺利将1，3-二硅烷-2-氧烯丙基硼烷加合物的结构晶体化，这很有可能是悲凉的室温下就能存在的ptSi分子结构。下一年，通过大量的表面探索，Xu等野心了一系列含ptSi的分子。而到了2018年，第一例含ptSi的非金属配体分子终于由Ebner等实践合成——吡4咯氢化硅酸盐 [8] [9] [10] [11]。

之前的计较接洽标明，二维层状材料中的ptSi的SiC12序列不错容纳16π电子况兼阑珊的踏实。但是被12π电子容纳的单体分子C12H8Si不可保执踏实的平面几何时势并略有污蔑。真理的是，它那含有16π电子的锂络合物Li4C12H8Si，正如图1(a)所示是踏实的平面。在Li4C12H8Si中，每个锂原子配位到一个五元环。按照这一接洽念念路，东说念主们野心了一系列的如图1(b)~(e)所示的修饰分子，每个分子王人由交流的包含16π电子的ptSi平面共轭环组成，并通过振动频率计较进行了考据。为了浅易起见，这些分子以Si-Y-XXXX的时势定名，其中X代表四个子环的成员数，Y等于共轭π电子的数目。值得认确实是，Si-16-5555 (图1(b))率先由Schleyer团队提倡，之后由Szieberth等东说念主接洽。任何分子的平面化幅度如图1(f)所示用P来界说。关于所有a-e的分子，P = 100%就暗示一个完好意思的平面构象。

图1中这些预期的ptSi分子最令东说念主诧异的特征是16π电子的共轭，这赫然与传统的Huckel 4n + 2轨则不一致。计较标明，大多数带有两个极端π电子(即18π电子)的ptSi分子仍然不错保执平面几何时势，而大多数带正电荷的带14π电子的ptSi分子不呈现平面几何时势。

以上这些表面和接洽大大丰富了东说念主们对ptSi结构的了解，但是当今对ptSi的结构和成键性质还有待久了接洽，为此本文以量子化学表面为基础，选拔了图1(b)的ptSi分子进行了计较结构优化及分析 [12] - [19]。

图1. ptSi分子结构

2. 平面四配位硅计较接洽尺度

本论文汲取高斯软件 [20] 对平面四配位C8H8N4Si分子进行计较接洽。高斯软件不错用于计较体系的基态或激励态的结构、反应能量、分子轨说念、原子电荷的电势、振动频率、红外和拉曼光谱、核磁性质。后果不错估量接洽体系的能量，结构和分子轨说念。

可靠的计较尺度及基组，适中的计较量是表面计较接洽多样体系的弱点条目。本论文汲取选拔B3LYP尺度，6-31g基组，对C8H8N4Si分子进行结构优化、静电势分析以及前方轨说念分析。专揽GaussView和杀青了分子轨说念和分子静电势的可视化。

3. 后果与斟酌

本论文录取图1(b)分子进行计较接洽的初步分析，其分子结构见图1(b)。

3.1. 分子的静电势分析

静电势在分析分子间的互相作使劲、分子间的反应部位以及分子识别方面王人起着蹙迫的作用。在静电势图中，分子名义不同静电势用不同的相貌暗示，静电势值数据按红色 < 橙色 < 黄色 < 绿色 < 蓝色的章程递加。C8H8N4Si分子的静电势见图2。

图2. C8H8N4Si的分子静电势别离

图2不错看出分子的碳环位置被负电荷聚积包围，这评释可能有亲核报复点位。此外，最外围氢元素主如果正电荷别离区域。

3.2. 前方分子轨说念分析

最高占有分子轨说念(HOMO)和最低占有分子轨说念(LUMO)是参与分子内电荷编削的主要分子轨说念。这两个轨说念决定着分子的电子得成仇编削身手，决定着分子种种蹙迫的化学性质。HOMO与LUMO能极差大小粗略反应电子从占据轨说念向空轨说念跃迁的身手，是以一定进度上粗略反应出分子参与化学反应身手的强弱。能极差越大，则评释电子越隔断易发生跃迁，暗示分子就越踏实。因此接洽这两个轨说念的能量及能级差对接洽分子的性质有格外蹙迫的真理。

咱们采用B3LYP尺度和6-31g基组来优化C8H8N4Si的结构况兼得到如图3所示的进行结构优化后得到的分子前方分子轨说念能级对比图。

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图3. 优化后的C8H8N4Si的前方分子轨说念图

表1是对C8H8N4Si分子汲取B3LYP尺度与6-311g组分的组合所优化后得到的分子轨说念能量进行整理。从表1中的数据不错看出该分子的前方轨说念能量差为4.54 ev，大于2 ev，评释该分子不易发陌生子内电子跃迁，具有考究的分子踏实性。

表1. C8H8N4Si分子优化后的前方分子轨说念能量

4. 论断

本论文汲取较高精度的密度泛函表面量子化学计较尺度，诱惑适中的基组，对一种平面四配位硅分子进行了一系列计较接洽。本论文计较了C8H8N4Si分子的最优构型，静电势以及前方分子轨说念。通过计较后果的静电势分析，看出分子的碳环位置被负电荷聚积包围，这评释可能有亲核报复点位。此外，最外围氢元素主如果正电荷别离区域。进一格局，通过对激励态轨说念跃迁的分析，不错看出该分子的前方轨说念能量差大于2 ev，评释该分子不易发陌生子内电子跃迁，具有考究的分子踏实性。本责任是用量子化学计较尺度接洽平面四配位硅分子的多样性质的初步探索，接下来咱们将络续久了接洽分析不同配位数的平面分子，在此基础上革命本组的运筹帷幄表面计较接洽责任，以期为该范围提供系统而有价值的表面参考，通过模拟野心出新式平面分子，成为该范围发展标的的表面带领。

著作援用

缪田浩，丁津津. 一类新式含平面四配位硅基化合物的计较接洽Computational Study on a New Class of Silicon-Based Compounds Containing Planar Tetra-Coordination[J]. 物理化学发达， 2022， 11(04): 209-213. https://doi.org/10.12677/JAPC.2022.114023

参考文件色狼窝

• 色狼窝
• 忆雷
• Study
• Planar
• Containing