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金属芳香性

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金属芳香性(Metal aromaticity)是将有机化合物芳香性的概念延伸到金属及金属化合物。金属芳香性最早是在铝原子簇MAl4(M表示锂、钠或是铜)中证实的[1]。上述的阳离子是在氦气下将铝/碳酸锂的混合物或是铜或钠对铝的合金,利用激光蒸发英语Laser ablation碳酸锂制备,再由质谱法分离,之后用光电子能谱英语photoelectron spectroscopy进行分析。化合物芳香性的证据是基于以下的考量。计算化学证实铝原子簇是由四原子的Al42−平面,以及在方形金字塔形分子几何英语方形金字塔顶点上的抗衡离子所组成。Al42−单元是完美的平面结构,不会受顶点上的抗衡离子影响,甚至于两侧都有抗衡离子,形成中性化合物M2Al4也是一様。除了其HOMO计算有了二个离域的pi系统,因此符合休克尔规则。而且移除头四个价电子需要能量的实际值也和理论值符合。

D轨域芳香性(D-orbital aromaticity)出现在三原子的离子W3O9-离子Mo3O9-原子簇中,原子簇是由有氧气存在的条件下,在氦气体流中雷射蒸发纯金属而得[2]。原子簇中的三金属中心是用氧原子来桥接,而每个金属原子也有二个终端氧原子。光电子能谱的第一个信号对应移去离子中最低能量价电子,形成中性化合物M3O9所需的能量。这个能量和三氧化钨三氧化钼的能量相当。光电子能谱能的信号很宽,表示阴离子和中性化合物的构象差很大,计算化学证实M3O9-及M3O92-阴离子是理想的六边形,其金属和金属之间的键长等长。

上述的分子都只在气态下存在,且浓度很低。有研究指出一个由钼酸钠(Na2MoO4.2H2O)和亚氨基二乙酸英语iminodiacetic acid在水中生成的化合物也有金属芳香性。X光散射技术显示其中的钠原子排列成类似于并五苯的六边形簇。钠-钠键的键长特别的短(327pm,元素态的钠原子之间距离为380),而且类似苯一様,其产生的环是平面的。在此化合物中,钠原子呈现一个扭曲的八面体形分子构型,和钼原子及水分子形成配位键[3]。NICS aromaticity数值的计算证实了其实验所得的结果。

参考资料

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  1. ^ Observation of All-Metal Aromatic Molecules Xi Li, Aleksey E. Kuznetsov, Hai-Feng Zhang, Alexander I. Boldyrev, Lai-Sheng Wang Science Vol. 291. p. 859 2001 doi:10.1126/science.291.5505.859
  2. ^ Observation of d-Orbital Aromaticity Xin Huang, Hua-Jin Zhai, Boggavarapu Kiran, Lai-Sheng Wang, Angewandte Chemie International Edition Volume 44, Issue 44 , Pages 7251–54 2005 doi:10.1002/anie.200502678
  3. ^ Synthesis and structure of 1-D Na6 cluster chain with short Na–Na distance: Organic like aromaticity in inorganic metal cluster Snehadrinarayan Khatua, Debesh R. Roy, Pratim K. Chattaraj and Manish Bhattacharjee Chem. Commun., 2007, 135–37, doi:10.1039/b611693k