含有重14族元素配位原子配体的稀土配合物的合成、成键模式及反应性探究
批准号:
22071122
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
房华毅
依托单位:
学科分类:
配位化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
房华毅
中文摘要
稀土元素配合物的合成及理化性质研究一直受到国内外研究者的广泛关注。然而,目前所报道的稀土元素配合物中配体的配位原子几乎均为第一、二周期较轻元素,关于含有更重配位原子配体稀土元素配合物的相关研究目前仍然极为有限。在本次申请中,申请人拟结合之前在主族元素及稀土元素金属有机化学方面的研究积累,建立具有重14族元素(Si、Ge、Sn、Pb等)配位原子配体的稀土元素配合物的合成方法,并对其中配位键的成键模式及目标配合物的反应特性进行探究。相比于第一、二周期较轻元素,重14族元素具有主量子数更高的s及p原子轨道。这些轨道分布更加弥散,能量也更高,因此也有望与稀土元素中心展现出不同的成键相互作用并最终影响配合物的几何结构、电子构型及理化性能。
英文摘要
The synthesis and physical/chemical property studies of rare earth compounds have attracted increasing attention in China and abroad. However, coordinating atoms of the ligands in reported rare earth compounds were majorly first and second row light elements, such as nitrogen, oxygen, carbon, and hydrogen. Researches on rare earth compounds bearing ligands containing heavier coordinating atoms are still extremely limited. Based on our previous research experience on organometallic chemistry of main group element compounds and rare earth compounds, we plan to establish the synthetic method of rare earth compounds bearing ligands containing heavier group 14 coordinating atoms (such as Si, Ge, Sn and Pb) in this proposal. The nature of the coordinate bonds between rare earth centers and heavier group 14 elements and the reactivity of the target rare earth compounds will also be investigated. Compared to the lighter elements in the first and second row of the periodic table, heavier group 14 elements have s and p atomic orbitals with larger principal quantum numbers. These atomic orbitals show higher orbital energy and more diffused distribution, thus would better interact with the atomic orbitals with adequate symmetry of rare earth centers. Interesting coordination geometry, electron configuration and reactivity are expected based on this fundamental difference between lighter and heavier elements.
稀土元素是我国的特色战略矿产之一,也是发展新质生产力的重要资源保障。在此背景下,稀土元素化学研究受到了国内相关领域研究者们的广泛关注。在本基金资助下,我们合成了一系列含有重14族元素(硅、锗及锡)配位原子的配体,并以此为基础建立了含有RE(III)-E(E为重14族元素)键的稀土配合物的合成方法。晶体结构分析显示,所得配合物中RE(III)-E键的形式缩短系数(formal shortness ratio)在1.00~1.15之间,体现出较为明显的单重键性质。基于理论计算化学(包括密度泛函计算、NBO分析及QTAIM分析等)的成键性质分析显示这类化学键的成键基础在于稀土中心的5dz2轨道与配体中重14族配位原子sp3杂化轨道“头碰头”形式的重叠,其中稀土中心f轨道对于化学键的贡献通常仅为2%~6%之间。由于重14族元素原子轨道在空间上更为弥散,RE(III)-E键相比于RE(III)与以C、O、N为代表的轻主族元素之间的配位键具有更为明显的共价性。在此类配合物中,RE(III)-E键成键轨道通常是配合物最高占据分子轨道的主要成分,因此在很大的程度上决定了配合物整体的理化性质。此外,我们与合作者一起探索了一系列RE(III)-TM(TM为过渡金属元素)键的成键性质。相关理论计算化学分析显示RE(III)-TM键具有明显的“给体-受体”键(dative bond)成键特征,定域化轨道分析显示该化学键由稀土中心的5dz2轨道(若稀土中心为Sc和Y,则分别提供3dz2和4dz2轨道参与成键)与过渡金属中心的3dz2轨道通过“头碰头”方式重叠构成。其中,过渡金属的dz2轨道为RE(III)-TM成键轨道主要成分,占比约85%~95%。但我们也注意到,超低价态过渡金属中心(如-1价的Co中心)的dxz/yz(dπ)轨道也可以与稀土中心对称性匹配的4f轨道发生类似于键的相互作用,在该相互作用中过渡金属中心原子轨道与稀土中心原子轨道对于成键轨道的贡献基本相当,展现出稀土成键模式潜在的多样性和可调控性。目前,关于含有RE(III)-E多重键稀土配合物的合成方法探索仍在进行中,所取得的阶段性结果及所遇到的问题也在报告中一并总结。
“肩并肩”型平面双核金属配合物自由基的合成及其在小分子活化中应用的研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2022
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负责人:房华毅
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依托单位:
廉价金属配合物诱导的烷烃氧化过程及反应机理探究
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批准号:21801044
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:26.0万元
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批准年份:2018
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负责人:房华毅
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依托单位:
国内基金
海外基金