【摘 要】
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热力学和动力学稳定性对分子的稳定存在都是不可忽略的。通常情况下,热力学稳定性在气态合成实验中控制了异构体的数量,因此只有全局极小结构或者在能量上非常接近全局极
【机 构】
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山西大学分子科学研究所,化学生物学与分子工程教育部重点实验室,太原市坞城路92号
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热力学和动力学稳定性对分子的稳定存在都是不可忽略的。通常情况下,热力学稳定性在气态合成实验中控制了异构体的数量,因此只有全局极小结构或者在能量上非常接近全局极小结构的异构体才能在紧接着的光谱实验中被观测到。然而,在目前的研究中,人们常常忽略了对动力学稳定性的研究。是否存在这样一个分子组分,某种异构体虽然是高能量结构,但是由于非常好的热力学稳定性而可以存在,而同时比它能量低的异构体的动力学稳定性太差而不能稳定存在呢？本文报道的CN3Mg3+就是这样一个组分。势能面分析表明,该组分的异构体(见图1)可以分为两类。第一类异构体是所有原子都紧密连接在一起的一个分子,其中具有D3h 高对称性并且含有平面六配位碳的一个异构体(1a)是该类异构体中的能量最低结构；虽然第二类结构中有很多异构体在能量上都比1a 低,但它们都是由N2(氮气分子)和不同结构的CNMg3+单元通过一个很长的C--Mg 键连接在一起。自然键轨道(NBO)分析表明,在第二类分子中的这种C--Mg 之间的共价与静电相互作用都很弱。我们认为这种很弱的相互作用不足以保持异构体的稳定存在。密度泛函水平的波恩-奥本海默分子动力学模拟(见图2)表明这些异构体(2a-2d)在298K 和373K 两个温度下模拟中都分解成了N2 分子与一个CNMg3+单元,这证明了我们的推测。同时,我们的模拟表明,1a 可以在2000K 的高温下保持结构稳定而不分解,因此1a 在气态光谱实验中可以作为动力学稳定的分子存在和被检测到。
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