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在气相中冷碱金属离子-冠醚配合物的紫外和红外光谱研究。

UV and IR spectroscopic studies of cold alkali metal ion-crown ether complexes in the gas phase.

机构信息

Department of Chemistry, Graduate School of Science, Hiroshima University, Higashi-Hiroshima, Hiroshima 739-8526, Japan.

出版信息

J Am Chem Soc. 2011 Aug 10;133(31):12256-63. doi: 10.1021/ja2046205. Epub 2011 Jul 19.

Abstract

We report UV photodissociation (UVPD) and IR-UV double-resonance spectra of dibenzo-18-crown-6 (DB18C6) complexes with alkali metal ions (Li(+), Na(+), K(+), Rb(+), and Cs(+)) in a cold, 22-pole ion trap. All the complexes show a number of vibronically resolved UV bands in the 36,000-38,000 cm(-1) region. The Li(+) and Na(+) complexes each exhibit two stable conformations in the cold ion trap (as verified by IR-UV double resonance), whereas the K(+), Rb(+), and Cs(+) complexes exist in a single conformation. We analyze the structure of the conformers with the aid of density functional theory (DFT) calculations. In the Li(+) and Na(+) complexes, DB18C6 distorts the ether ring to fit the cavity size to the small diameter of Li(+) and Na(+). In the complexes with K(+), Rb(+), and Cs(+), DB18C6 adopts a boat-type (C(2v)) open conformation. The K(+) ion is captured in the cavity of the open conformer thanks to the optimum matching between the cavity size and the ion diameter. The Rb(+) and Cs(+) ions sit on top of the ether ring because they are too large to enter the cavity of the open conformer. According to time-dependent DFT calculations, complexes that are highly distorted to hold metal ions open the ether ring upon S(1)-S(0) excitation, and this is confirmed by extensive low-frequency progressions in the UVPD spectra.

摘要

我们报告了在冷 22 极离子阱中,碱金属离子(Li(+)、Na(+)、K(+)、Rb(+) 和 Cs(+))与二苯并-18-冠-6(DB18C6)配合物的 UV 光解(UVPD)和 IR-UV 双共振光谱。所有配合物在 36,000-38,000 cm(-1) 区域都显示出许多带振动分辨率的 UV 带。Li(+) 和 Na(+) 配合物在冷离子阱中各表现出两种稳定构象(如 IR-UV 双共振所证实),而 K(+)、Rb(+) 和 Cs(+) 配合物则存在于单一构象中。我们借助密度泛函理论(DFT)计算分析了构象的结构。在 Li(+) 和 Na(+) 配合物中,DB18C6 扭曲了醚环,使其空腔大小适应 Li(+) 和 Na(+) 的小直径。在与 K(+)、Rb(+) 和 Cs(+) 形成的配合物中,DB18C6 采用船型(C(2v))开环构象。由于空腔大小与离子直径的最佳匹配,K(+) 离子被捕获在开环构象的空腔中。Rb(+) 和 Cs(+) 离子位于醚环顶部,因为它们太大而无法进入开环构象的空腔。根据时间依赖的 DFT 计算,高度扭曲以容纳金属离子的配合物在 S(1)-S(0)激发时打开醚环,这在 UVPD 光谱中广泛的低频进展中得到了证实。

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