Ароматические соединения - краеугольный камень органической химии, важнейший класс веществ (например, производные бензола). Все они основаны на атомах углерода, соединенных между собой, но возможно ли существование их аналогов с атомами кремния, соседа углерода по группе Периодической системы химических элементов?

Ученые ФИЦ ИрИХ СО РАН выполнили квантово-химические расчёты (MP2/aug-cc-pVTZ, CCSD) для таких гипотетических веществ - кремниевых персилилированных аналогов полностью сопряжённых ароматических карбоциклов C₃–C₇ и их заряженных форм в газовой фазе и в полярном растворителе (вода).

Главный вывод: кремниевые аналоги могут существовать, но их стабильность, плоская структура и ароматичность сильно зависят от заместителя (H или F), заряда и среды; многие из них существенно искажены, а для Si₆ и Si₇ даже не удаётся получить плоскую конфигурацию при расчёте высокого уровня. Так, например:

Si₃(катион): (SiH)₃⁺ и (SiF)₃⁺ - плоские, ароматичны (в разной степени в зависимости от критерия),
Si₄²⁺ (дикатион): (SiH)₄²⁺ — плоский; (SiF)₄²⁺ — слегка изогнут,
Si₄²⁻ (дианион): неплоский, антиароматичен (прямая противоположность ароматическому карбоциклу),
Si₅H₅⁻ (анион): слегка искажён (не идеально плоский),
Si₆X₆ и Si₇X₇: Структура сильно зависит от уровня теории. Плоский Si₆H₆ и (SiH)₇⁺ рассчитать удалось, Si₆F₆ и (SiF)₇⁺ сильно искажены, плоской структуры нет.

Работа показывает, что классическая (для углерода) концепция ароматичности для кремния работает плохо. Геометрические и электронные эффекты (бóльшая поляризуемость), а также склонность к σ-связыванию (вместо π) мешают стабилизировать плоские полностью сопряжённые кольца. Полностью сопряжённые плоские молекулы типа Si₆H₆ ("кремниевый бензол") либо не существуют, либо будут крайне неустойчивы.

Результаты опубликованы в международном научном журнале International Journal of Molecular Sciences