Structures and bonding of C₂X₂Y<i>^q</i>(X=Si,Ge,Sn,Pb; Y=C,Si,Ge,Sn,Pb; <i>q</i> = +1,0,−1): π-type templates for planar tetracoordinate heavier group 14 atoms

Contrasting the big family of the planar tetracoordinate carbon (ptC), species featuring the planar tetracoordinate heavier group element M (ptM) have been largely limited. Effective structural frameworks to accommodate such ptM centres are thus highly desired. In the present article, we report an extensive computational study on 60 pentatomic systems C₂X₂Y<i>^q</i> (X=Si,Ge,Sn,Pb; Y=C,Si,Ge,Sn,Pb; <i>q</i> = +1,0,−1) covering both the low and high spin states. Up to 34 systems were shown to have the very low-lying singlet planar tetracoordinate heavier group 14 (ptM with M=Si,Ge,Sn,Pb) structures bearing the 19 (<i>q</i> = +1), 20 (<i>q</i> = 0) and 21 (<i>q</i> = −1) valence electrons (ve). Structural and bonding analysis confirmed the effectiveness of the inherent π-type ligand skeleton XCCX or XCCY that each have several sets of π-bonding orbitals to stabilise the ptM centre. The structural and bonding motifs of these ptMs differ greatly from the classic ptMs, which have the σ-type ligand skeleton, smaller number of valence electrons (≤18ve), and the centre → ligand π-delocalisation.

与平面四配位碳（planar tetracoordinate carbon，ptC）的庞大家族形成鲜明对比，含平面四配位重主族元素M（ptM）的物种则极为罕见。因此，开发可稳定此类ptM中心的有效结构骨架，成为当前亟需突破的研究方向。本文针对60种五原子体系C₂X₂Y^q（X=Si、Ge、Sn、Pb；Y=C、Si、Ge、Sn、Pb；q=+1、0、−1）开展了系统性的理论计算研究，覆盖低自旋与高自旋两种电子态。研究结果表明，多达34种体系可形成极低能的单重态平面四配位第14族重元素结构（ptM，M=Si、Ge、Sn、Pb），对应价电子（valence electrons，ve）数分别为19（q=+1）、20（q=0）与21（q=−1）。结构与成键分析证实，内嵌的π型配体骨架XCCX或XCCY均拥有多组π成键轨道，可有效稳定ptM中心，验证了该骨架设计的有效性。此类ptM的结构与成键基元与经典ptM存在显著差异：经典ptM采用σ型配体骨架，价电子数更少（≤18ve），且存在中心向配体的π离域作用。

搜集汇总

背景与挑战

背景概述

该数据集是一个计算化学研究数据集，专注于C2X2Yq (X=Si,Ge,Sn,Pb; Y=C,Si,Ge,Sn,Pb; q=+1,0,−1) 系统的结构和键合分析，旨在探索平面四配位较重第14族原子的π型模板。研究覆盖60个系统，发现34个具有低能单重态平面四配位结构，涉及19-21个价电子，其键合模式与经典σ型骨架不同，强调π型配体骨架的稳定作用。数据集发布于2017年，由中国国家自然科学基金资助，属于化学科学领域，关键词包括平面四配位和计算等。