Breaking the Hoff/Le Bel rule by an electron-compensation strategy: the global energy minimum of NGa4S4+

文献情報

出版日 2024-01-03
DOI 10.1039/D3CP05290G
インパクトファクター 3.676
著者

Xiu-dong Jia, Zhi-wei Du


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要旨

In tetracoordinate chemistry, there is an attractive scientific problem of how to make the planar configuration more stable than the tetrahedral configuration. For tetracoordinate nitrogen, the abundant studies indicate that the planar tetracoordinate nitrogen (ptN) is far less stable than the tetrahedral tetracoordinate nitrogen (ttN). Herein, we introduced four S atoms to the unstable ptN-NGa4+ and stable ttN-NGa4+ by following an electron-compensation strategy. Surprisingly, ptN-NGa4S4+ is more stable than ttN-NGa4S4+. Thermodynamically, ptN-NGa4S4+ is the global energy minimum, which is 46.7 kcal mol−1 lower in energy than ttN-NGa4S4+. Dynamically, the BOMD simulations indicated that ptN-NGa4S4+ has excellent dynamic stability at 4, 298, 500 and 1000 K, but the ttN-NGa4S4+ is isomerized at 1000 K. Electronically, the HOMO–LUMO gap of ptN-NGa4S4+ (6.91 eV) is much wider than that of ttN-NGa4S4+ (5.25 eV). Moreover, AdNDP analyses showed that the eight 2c–2e Ga–S σ-bonds eliminated the 4s2 lone pair/4s2 lone pair repulsion between the four Ga atoms and provided a strong spatial protection for ptN-NGa4S4+; and that the four 3c–2e Ga-S-Ga π back-bonds could compensate electrons for Ga, weakening the electron-deficiency of Ga. Simultaneously, the double 6σ/2π aromaticity further enhanced the stability of ptN-NGa4S4+. Thus, as the dynamically stable global energy minimum displaying double aromaticity, ptN-NGa4S4+ will be more promising than ttN-NGa4S4+ in gas phase generation.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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