超大硅胺基氯锗宾的反应性与立方四锗卡宾的成键解析

超大硅胺基取代的低价锗化合物可以构建新颖的化学结构, 提供有学术价值的新发现。二配位的超大硅胺基氯锗宾Ge(N(SiⁱPr₃)₂)Cl (1)具有空的 4p轨道和孤电子对。针对这 2个特点, 研究了化合物 1 的热构型转换和菲醌氧化加成反应。1的温热分解生成了立方四锗卡宾 Ge₄(NSiⁱPr₃)₄ (2), 与菲醌(L)定量氧化加成生成了胺基一氯菲二酚合锗(Ⅳ):[Ge(N(SiⁱPr₃)₂)(L) Cl] (3)。表征了 2个产物的单晶结构与组成。四锗卡宾 2本质上是锗异腈的四聚体, 分子呈现出畸变的立方体构型, 4个 Ge原子和 4个N原子构成了中心立方体的 8个顶点。其中 Ge-N键长为 0.203 6(3) nm, N-Ge-N与 Ge-N-Ge的键角分别为 85.51(18)°和94.32(16)°, 立方体的侧面接近平行四边形。理论计算首次揭示了四锗卡宾 2的成键面貌。自然键轨道(NBO)给出 Ge₄N₄骨架上的 20个分子轨道。轨道定域化的计算结果完好地呈现出 4对 Ge孤对电子、12个 Ge-N键和 4个 Si-N键的定域轨道, 能量分别为-12.22、-15.12 和-20.12 eV。Ge 孤对电子主要保留了 4s 电子的特性, 而 Ge-N 键主要由 N 的 2s 轨道(18.4 %)和 2p 轨道(71.3 %)、Ge的 4s轨道(0.75 %)和 4p轨道(9.43 %)综合贡献形成。在化合物 3的分子中, Ge^Ⅳ采取 sp³杂化, 由于空间位阻与非对称配位, 与另外 4个配位原子形成非对称四面体构型。