《Journal of Molecular Structure》：Integrated Experimental–Computational Elucidation of a New Ag(I)-NHC Complex: Synthesis, Spectroscopic Profiling, DFT/TD-DFT Calculations, and QTAIM Topological Analysis
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本研究合成了苯并咪唑盐1及其银(I)配合物2，通过FT-IR、NMR、LC-MS及单晶X射线衍射确定结构，DFT计算表明配合物2能量间隙更大、电子分布更稳定，金属-配体相互作用增强，可能影响其生物活性。
Nour-Elhouda Balazghem | ?znur Do?an Ulu | Sümeyya Serin | Khaled Sekkoum | ?lkay Y?ld?r?m | Nam?k ?zdemir | ?smail ?zdemir
阿尔及利亚贝沙尔市精确科学学院生物活性分子与手性分离实验室，Tahri Mohammed大学，邮编08000
摘要
本研究利用基于密度泛函理论（DFT）的分析方法，探讨了苯并咪唑鎓盐（1）及其银(I)配合物（2）的电子结构、键合性质和反应性特征。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、核磁共振（NMR）和液相色谱-质谱（LC-MS）等光谱技术阐明了这些化合物的结构。此外，还通过单晶X射线衍射技术确定了银(I)-NHC配合物的结构。研究结果表明，与配合物2相比，1具有更小的能隙、更强的电子离域性以及更易于发生的供体-受体相互作用，这表明其具有更高的化学柔软性和反应性。相比之下，银(I)的配位作用使电子分布更加稳定和局部化，降低了极性，并增加了结构的刚性。NBO二阶微扰分析进一步证实，前体1主要通过π→π*和孤对电子的离域作用实现反应，而配合物2则通过配体-金属间的供体-受体相互作用发挥作用，这种相互作用具有中等程度的稳定效果，从而证实了金属中心的电子接受能力。
引言
近年来，新型抗癌、抗菌和抗细菌剂的设计与开发已成为研究的重要领域。由于药物耐药性的不断增加以及现有治疗方法带来的不良副作用，人们对创新方法的需求日益迫切[1,2]。因此，研究人员正致力于发现更有效和更先进的候选药物[3,4]。银因其抗菌特性已被广泛应用了数个世纪，大量研究证实了银及其衍生物具有广泛的生物活性[5]。这些研究表明，基于银的化合物对多种微生物具有强大的抗菌、抗细菌和抗真菌效果。此外，近年来银衍生物在细胞毒性研究中也取得了显著成果，显示出其在生物医学应用中的潜力。包括乙酸银、硝酸银和卤化银在内的多种银衍生物因其优异的抗菌和抗癌性能而被广泛使用[6,7]。
N-杂环卡宾（NHCs）是一类有机化合物，其特征是一个碳原子与杂环结构中的氮原子相连。与膦类类似物相比，NHCs具有更高的稳定性。由于其可调的立体和电子性质、易于合成、功能化潜力以及高稳定性，NHCs已成为有机金属化学中非常重要的配体[8],[9],[10]。Wanzlick首次合成了NHC[11]，随后Wanzlick和?fele制备了第一个金属-NHC配合物[12]。1991年Arduengo发现首个稳定的自由卡宾后，这类配体的研究兴趣进一步增加[13]。NHCs的一个显著优势是氮原子上的取代基易于修饰，从而可以精确控制配体的体积、电子性质和整体反应性。这种可调性使得能够合成具有特定应用特性的多种金属-NHC配合物。因此，NHCs被广泛应用于均相和非均相催化领域，以及医药和药物化学[14],[15],[16],[17]。
自从首次报道使用Ag2O作为实际金属前体制备银-N-杂环卡宾（Ag-NHC）配合物以来[18]，这类配合物已在多种催化和有机金属体系中得到合成和应用。由于Ag-卡宾键本质上较为不稳定，Ag-NHC配合物主要作为高效的金属转移剂，能够将NHC配体便捷地转移到钯（Pd）、金（Au）、钌（Ru）和镍（Ni）等过渡金属上[9,19,20]。这一策略已成为NHC配合物合成的核心方法，因为它常常避免了直接金属化方法所需的强碱或苛刻反应条件。除了在配体转移中的作用外，Ag-NHC物种还因其抗菌、抗细菌和抗肿瘤特性而受到关注[4,16]。2,4,6-三甲基苄基环中的甲基具有正诱导效应，可通过σ键传导增加卡宾碳上的电子密度。尽管这种效应不如直接与氮原子相连的芳基取代基强，但它有助于调节NHC配体的供体能力。此外，苯并咪唑鎓骨架在5,6位置的甲基化进一步增加了杂环核心内的电子密度。这种甲基化增强了σ-供体性质，从而加强了Ag-C键的稳定性并影响了银配合物的整体稳定性及电子性质。基于这些原因，本研究合成了新的苯并咪唑鎓盐（1）及其银(I)-NHC配合物（2），并利用光谱技术（包括单晶X射线衍射）阐明了它们的结构。同时，密度泛函理论（DFT）计算为理解1和2的结构和电子特性提供了坚实的理论基础。DFT得到的优化几何结构和光谱参数与实验数据高度吻合，进一步证明了所提出分子结构的可靠性。补充分析，如前线分子轨道（FMO）分布和分子静电势（MEP）图，通过可视化的方式揭示了配合物内部的电子组织和反应区域。量子原子分子理论（QTAIM）这一严格的拓扑框架用于描述键合相互作用和电子密度分布，有助于深入理解金属-配体之间的相互作用。这些计算工具为1和2的电子结构和键合环境提供了全面且定量的视角。
用于合成苯并咪唑鎓盐及其银(I)-NHC配合物的所有试剂和溶剂均来自商业渠道，无需进一步纯化即可使用。配合物的合成在惰性气氛下采用标准Schlenk技术完成。熔点测量使用Electrothermal数字熔点仪（型号IA9200，Barnstead，英国）在毛细管中进行。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）数据由Perkin-Elmer仪器记录。
新合成的苯并咪唑鎓盐（1）及其银(I)配合物（2）的所有几何优化和振动频率计算均使用GAUSSIAN 16软件包[25]完成。非金属原子（C、H、N、O和Br）采用B3LYP杂化交换-相关函数[26],[27],[28]，而Ag中心则采用LANL2DZ有效核势[29]。分子可视化结果包括优化后的结构。
苯并咪唑鎓盐及其对应的单核NHC-Ag(I)配合物的合成路线如图1所示。苯并咪唑鎓盐通过1-(2,4,6-三甲基苄基)-5,6-二甲基苯并咪唑与2-(2-溴乙基)-1,3-二氧烷在DMF中的反应以88%的产率获得。Ag(I)-NHC配合物的制备遵循Wang和Lin[18]报道的步骤进行：在此过程中，苯并咪唑鎓盐在室温下与氧化银（Ag2O）发生反应。
本研究成功合成了新的苯并咪唑鎓盐1及其对应的银(I)-NHC配合物2，并利用多种光谱技术阐明了它们的结构。单晶X射线衍射进一步确定了Ag(I)-NHC配合物2的结构。实验结果证实形成了线性的Ag-C配位环境，同时结构参数表明配体框架在金属配位后刚性增加。
Nour-Elhouda Balazghem：撰写初稿、方法学设计、实验研究。?znur Do?an Ulu：撰写、审稿与编辑、撰写初稿、方法学设计、概念构思。Sümeyya Serin：撰写初稿、方法学设计、数据分析、概念构思。Khaled Sekkoum：撰写、审稿与编辑、撰写初稿、概念构思。?lkay Y?ld?r?m：撰写初稿、方法学设计、数据分析。Nam?k ?zdemir：撰写
