B_n(BO)_n^(2-)、CB_(n-1)(BO)_n^-和C_2B_(n-2)(BO)_n(n=5~12)：类似于笼状B_nH_n^(2-)、CB_(n-1)H_n^-和C_2B_(n-2)H_n的硼氧团簇

笼状硼氢化合物BnHn2-、CBn-1Hn-和C2Bn-2Hn(n=5~12)含n个顶点和(n+1)对骨架电子,具有典型的三维芳香性、高的芳香化能和类似于苯的化学反应性.2005年以来,在研究B-O二元团簇的过程中,我们首次提出硼的硼羰基化合物(boron boronyls)和碳的硼羰基化合物(carbon boronyls)的概念,探讨了Bn(BO)m0/-1/-2(n=1~2,m=2~4)及Cn(BO)n(n=3~7)系列化合物的几何结构和电子性质.基于高分辨光电子能谱实验和密度泛函理论分析,确认线性B(BO)20/-1及三角形B(BO)30/-1新颖结构,首次发现线性D∞h B2(BO)22-离子含有B≡B三重键.理论和实验结合研究表明,BO与H具有等瓣相似性,BO自由基具有类似于CN的化学行为.在此基础上,本文用BO基团取代BnHn2-、CBn-1Hn-及C2Bn-2Hn(n=5~12)中的H原子,形成Bn(BO)n2-、CBn-1(BO)n-及C2Bn-2(BO)n(n=5~12)系列硼氧化物,对其几何和电子结构、稳定性和芳香性进行密度泛函B3LYP/6-311+G(3df)理论研究.图1给出n=12的典型结构.结果发现,这些硼氧化物团簇具有与相应硼氢化物类似的几何结构、电子结构和三维芳香性,充分支持BO/H等瓣相似性.中性C2Bn-2(BO)n具有高的计算电离势IP=12.0~12.7eV,阴离子CBn-1(BO)n-的电子剥离能VDE介于6.6~9.4eV,三个系列的团簇均具有负的磁化率χ=-102^-288ppm cgs和核独立化学位移NICS=-14.9^-31.1ppm.以单键与笼状骨架连接的BO基团具有约为2000cm-1的特征伸缩振动频率,表明这些硼氧化物含有B≡O三键.在实验上合成并表征这些团簇,将扩展硼氧化物的结构概念,并为其作为分子器件和中子捕获治疗剂带来重要应用前景.