Електронна будова мезоіонних сполук. Проблема класифікації
Анотація
Мезоіонні сполуки умовно класифікують на два типи на основі первинного походження електронів у спряженій системі, зокрема визначеного розташуванням гетероатомів у п’ятичленному кільці. В представленій роботі було проведено дослідження різноманітних мезоіонних сполук, щоб відповісти на ключове запитання щодо їх класифікації: чи має значення первинне походження електронів і чи цей критерій визначає остаточну межу між двома типами сполук? Щоб вирішити цю проблему були проведені квантовохімічні розрахунки методом функціоналу густини (DFT) для ряду типових мезоіонних молекул. Електронні властивості молекул досліджувалися в рамках квантової теорії атомів у молекулах (QTAIM) і ядерно-незалежного хімічного зсуву (NICS). Для опису відмінностей між представниками двох типів мезоіонних сполук запропоновано набір індексів, призначених для характеристики електронних QTAIM параметрів у молекулах. Отримані результати показують, що існуюча класифікація є певною мірою виправданою, головним фактором відмінності між двома типами є характер еліптичностей зв’язків у п’ятичленному кільці та структури молекулярних орбіталей. На основі розрахунків NICS дійшли висновку, що обидва класи сполук обраного набору не характеризуються вираженою ароматичністю мезоіонного кільця.
Завантаження
Посилання
Pereira R. A., Pires A. D. R. A., Echevarria A., Sousa-Pereira D., Noleto G. R., Suter Correia Cadena S. M. The toxicity of 1,3,4-thiadiazolium mesoionic derivatives on hepatocarcinoma cells (HepG2) is associated with mitochondrial dysfunction. Chem Biol Interact. 2021, 349, 109675.
Metre T. V., Joshi S. D., Kodasi B., Bayannavar P. K., Nesaragi A. R., Madar S. F., Mavazzan A. R., Kamble R. R. L-proline catalyzed ring transformation of 5-substituted tetrazole to 1,3,4-oxadiazoles as anti-tubercular agents, Synth. Commun. 2022, 52(13–14), 1500-1516.
Kuzmina O. M., Weisel M., Narine A. A. 5-Membered Mesoionic Insecticides: Synthesis and Evaluation of 1,3,4-Thiadiazol-4-ium-2-olates with High Affinity for the Insect Nicotinic Acetylcholine Receptor. Eur. J. Chem. 2019, 31-32, 5527-5531.
Dengyue L., Runjiang S., Zengxue W., Zhifu X., Deyu H. Pyrido [1,2-a] Pyrimidinone Mesoionic Compounds Containing Vanillin Moiety: Design, Synthesis, Antibacterial Activity, and Mechanism. J. Agric. Food Chem. 2022, 70 (34), 10443–10452.
Shugui H., Xia W., Zeyu L., Tian L., Mengdi Z. Effects of external field wavelength and solvation on the photophysical property and optical nonlinearity of 1,3-thiazolium-5-thiolates mesoionic compound. Spectrochim. Acta A Mol. 2023, 289,122227.
Lücke A.-L., Wiechmann S., Freese T., Guan Z., Schmidt A. Palladium complexes of anionic N-heterocyclic carbenes derived from sydnones in catalysis. Z Naturforsch B 2016, 71(6), 643–650.
Handa N. V., Li S., Gerbec J. A., Sumitani N., Hawker C. J., Klinger D. Fully Aromatic High Performance Thermoset via Sydnone–Alkyne Cycloaddition. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138(20), 6400–6403.
H. Kurabayashi, T. Hirashita, S.Araki. The Mizoroki-Heck reaction in mesoionic 1-butyl-3-methyltetrazolium-5-olate. Tetrahedron 2021, 99, 132450.
Sizov G. N., Babaev E. V. Criteria for a Structure to be Mesoionic. MATCH Commun. Math. Comput. Chem. 2023, 89, 5-47.
Ramsden C. A., Dumitrascu F. Type A mesoionic compounds (1980–2020). In Heterocyclic Mesomeric Betaines and Mesoionic Compounds 2022, Ramsden, C. A., Ed. Advances in Heterocyclic Chemistry: 2022; Vol. 137, pp 71-189.
Ramsden C. A., Oziminski W. P. A DFT study of isomeric conjugated, cross-conjugated and semi-conjugated six-membered heterocyclic mesomeric betaines. Tetrahedron 2014, 70(40), 7158–7165.
Ramsden C. A. Heterocyclic mesomeric betaines: the recognition of five classes and nine sub-classes based on connectivity-matrix analysis. Tetrahedron 2013, 69(20), 4146–4159.
Gaussian 09, Revision A.02, M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, X. Li, M. Caricato, A. Marenich, J. Bloino, B. G. Janesko, R. Gomperts, B. Mennucci, H. P. Hratchian, J. V. Ortiz, A. F. Izmaylov, J. L. Sonnenberg, D. Williams-Young, F. Ding, F. Lipparini, F. Egidi, J. Goings, B. Peng, A. Petrone, T. Henderson, D. Ranasinghe, V. G. Zakrzewski, J. Gao, N. Rega, G. Zheng, W. Liang, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, T. Vreven, K. Throssell, J. A. Montgomery, Jr., J. E. Peralta, F. Ogliaro, M. Bearpark, J. J. Heyd, E. Brothers, K. N. Kudin, V. N. Staroverov, T. Keith, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. Rendell, J. C. Burant, S. S. Iyengar, J. Tomasi, M. Cossi, J. M. Millam, M. Klene, C. Adamo, R. Cammi, J. W. Ochterski, R. L. Martin, K. Morokuma, O. Farkas, J. B. Foresman, and D. J. Fox, Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2016.
AIMAll, Todd A. Keith, TK Gristmill Software, Overland Park KS, USA, 2019.
Kumar P. S. V., Raghavendra V., Subramanian V. Bader’s Theory of Atoms in Molecules (AIM) and its Applications to Chemical Bonding. J Chem Sci 2016, 128(10), 1527–1536.
Shugui H., Xia W., Zeyu L., Tian L., Mengdi Z. Effects of external field wavelength and solvation on the photophysical property and optical nonlinearity of 1,3-thiazolium-5-thiolates mesoionic compound. Spectrochim. Acta A Mol. 2023, 289, 122227.
Anjos I. C., Rocha G. B. A topological assessment of the electronic structure of mesoionic compounds. J. Comp. Chem. 2015, 36(25), 1907–1918.
Oziminski W. P., Ramsden C. A. A DFT and ab initio study of conjugated and semi-conjugated mesoionic rings and their covalent isomers. Tetrahedron 2015, 71(39), 7191–7198.
