Ab initio charge density analysis of (B6C)2– and B4C3 species — How to describe the bonding pattern?

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Abstract

In this study, a detailed topological charge density analysis based on the quantum theory of atoms in molecules (QTAIM) developed by Bader and co-workers, has been accomplished (using the B3LYP method) on the CB62– anion and three planar isomers of the C3B4 species, which had been first proposed by Exner and Schleyer as examples of molecules containing hexacoordinate carbon atoms. The analysis uncovers the strong (covalent) interactions of boron atoms as well as the “nondirectional” interaction of central carbon atom with those peripheral atoms. On the other hand, instabilities have been found in the topological networks of (B6C)2– and B4C3(para) species. A detailed investigation of these instabilities demonstrates that the topology of charge density has a floppy nature near the equilibrium geometries of the species under study. Thus, these species seems to be best described as complexes of a relatively concrete ring containing boron or carbon atoms and a central carbon atom that is confined in the plane of the molecule, but with nondirectional interactions with the surrounding atoms.

Faisant appel à la méthode B3LYP et en se basant sur la théorie quantique des atomes dans les molécules développée par Bader et ses collaborateurs, on a fait une analyse détaillée de la densité de charge topologique de l'anion CB62– et de trois isomères plans de l'espèce C3B4 qui ont été originalement proposées par Exner et Schleyer comme exemples de molécules contenant des atomes de carbone hexacoordinés. L'analyse met en évidence les fortes interactions covalentes des atomes de bore ainsi que l'interaction sans direction de l'atome centre de carbone avec les atomes périphériques. On a par ailleurs mis en évidence des instabilités dans les réseaux topologiques des espèces (B6C)2– et B4C3(para). Une étude détaillée de ces instabilités démontre que la topologie de la densité de charge est de nature souple près des géométries d'équilibre des espèces étudiées. Il semble donc que la meilleure façon de décrire ces espèces soit de les assimiler à des complexes d'un noyau relativement concret contenant du bore ou des atomes de carbone et un atome de carbone central qui est confiné dans le plan de la molécule mais qui a des interactions non directionnelles avec les atomes qui l'entourent.

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