由本人最近一篇论文的序言部分精简而成。
自从1962年发现六氟合铂酸氙以来[1],Kr、Xe、Rn元素的化合物陆续被发现[2]。2000
年,第一个Ar的共价化合物HArF也被找到[3]。这样,在自然界存在的所有化学元素中,
只有He、Ne的化合物尚未发现。尽管如此,实验上仍然发现了一些含氦的分子体系。有
以下几类:
1. 正离子。如最早发现的HeH+ [4]。
2. 处于激发态的准分子。如HeH [5]。
3. 弱束缚的van der Waals分子。如HgHe [6]。
但是,实验上迄今未发现稳定的(或亚稳定的)电中性氦化合物。
理论上预测的电中性氦化合物有很多。除了以上类型外,还有以下几种新的类型:
1. 包合物。自从C60被发现后,对碳笼内填充He原子形成的包合物有很多研究[7]。不过
,在这类体系中,笼内的氦与分子笼的相互作用很弱,仍然属于van der Waals分子。
2. 压致复合物。也是He位于分子笼内,但与包合物不同的是,这类分子笼比较小,导致
分子笼与He发生强烈的排斥,但同时又有一个较高的逃逸能垒(He逃逸出分子笼所需的
能量),使得He被挤压在分子笼内。最著名的是He@adam(He位于金刚烷内),不过,尽
管笼内压力很大,He原子仍未形成共价键[8]。
3. 强束缚的van der Waals分子。在这类体系中,He的吸附能往往有几个kcal/mol,介
于一般的van der Waals作用和共价作用之间,分子间距也小于van der Waals键长,但
电子密度的拓扑分析又表明,He原子并未形成共价键,因此属于一种罕见的强束缚van
der Waals键。最著名的有HeBeO [9]。此外,还有HePtXe,以及新发现的HeCuF,HeAuF
,HHeCCH等。
4. 共价化合物。这类分子是真正化学意义上的氦化合物。2005年,理论预测了一种含H
e的稳定阴离子共价化合物OHeF- [10],受此启发,陆续预测了稳定的氦化合物CsFHeO
和N(CH3)4FHeO [11]。此外,HHeF也曾被认为是一种可能存在的亚稳共价化合物[12]。
但是高精度的从头计算发现,HHeF与H+He+F之间的能垒仅有0.5 kcal/mol [13],量子动
力学计算的结果是:此分子即使存在也很短寿,仅有157飞秒[13]。
[1] N. Bartlett, Proc. Chem. Soc. (1962) 218.
[2] (a) Holloway, J. H.; Hope, E. G. Adv. Inorg. Chem. 1999, 46, 51. (b) Ger
ber, R. B. Annu. Rev. Phys. Chem. 2004, 55, 55.
[3] (a) L. Khriachtchev, M. Pettersson, N. Runeberg, J. Lundell, M. R?s?nen,
Nature, 406 (2000) 874. (b) M. Lein, J. Frunzke, G. Frenking, Structure and
Bonding, Vol. 106, Springer-Verlag, Berlin, 2004.
[4] M'Ewen, M. B.; Arnot, F. L. Proc. R. Soc. London, A 1939, 172, 107.
[5] Lo, J. M. H.; Klobukowski, M.; Bielińska-W??, D.; Schreiner, E. W. S.;
Diercksen, G. H. F. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 2006, 39, 2385.
[6] Van Zee, R. D.; Blankespoor, S. C.; Zwier, T. S. Chem. Phys. Lett. 1989,
158, 306.
[7] (a) Breslavskaya, N. N.; Buchachenko, A. L. Fuller. Nanotub. Car. N. 200
4, 12, 47. (b) Jiménez-Vázquez, H. A.; Tamariz, J.; Cross, R. J. J. Phys.
Chem. A 2001, 105, 1315.
[8] (a) Haaland, A.; Shorokhov, D. J.; Tverdova, N. V. Chem. Eur. J. 2004, 1
0, 4416. (b) Strenalyuk, T.; Haaland, A. Chem. Eur. J. 2008, 14, 10223.
[9] Frenking, G.; Koch, W.; Gauss, J.; Cremer, D. J. Am. Chem. Soc. 1988, 11
0, 8007.
[10] Li, T.-H.; Mou, C.-H.; Chen, H.-R.; Hu, W.-P. J. Am. Chem. Soc. 2005, 1
27, 9241.
[11] W. Grochala, Polish J. Chem., 83, 87-122 (2009).
[12] Wong, M. W. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 6289.
[13] Takayanagi, T.; Wada, A. Chem. Phys. Lett. 2002, 352, 91.
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