Stable Diradical to Pentaradical Cobalt–Dithiolene Complexes: Toward Cobalt-Based Multinuclear–Multiradical Complexes

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作者
Sujit Das,Sangita Mondal,Harichandhana Elamplakkattu,Harsha S. Karnamkkott,Madhuri Bhattacharya,Björn Schwarz,Kartik Chandra Mondal
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.6c03977
摘要

The stabilization and isolation of multiple radical centers within inorganic molecular complexes remain one of the most demanding challenges in modern chemistry, particularly for first-row transition metals, where low-lying metal d orbitals readily engage in electron exchange with ligand-centered radicals. This interaction often quenches ligand radical character, perturbs metal oxidation states, and exacerbates structural instability. Here, we address these limitations by employing redox-active N-heterocyclic carbene (NHC)-based anionic dithiolene radical ligands, LE•– (E = S, Se), enabling the isolation of four unprecedented cobalt-based multiradical complexes spanning mono- to penta-nuclear complexes. Controlled variation of LE•–: CoCl2 stoichiometry proves crucial for regulating nuclearity and incorporation of multiple radicals in the same complex. [Co(II)4Cl4(LS•–)4] (1) features an exceptionally rare μ3-Cl-bridged Co4Cl4 tetraradical cubane, in which weakly coordinating, redox-innocent chloride bridges, unlike the strongly covalent O2– or S2– linkers in Co4O4/Co4S4 cubanes, impose minimal electronic stabilization, rendering the Co4Cl4 core intrinsically labile yet isolable. A mononuclear square-pyramidal low-spin Co(III) complex, [Co(III)(LSe•–)2(SSS–NHC═Se)] (2), features a rare trisulfide-NHC coordination motif. In contrast to the octahedral Co(III)-triradical complexes [Co(III)(LE•–)3] (3, 3a, E = S; 5, E = Se), complex 4, [Co(III)3Co(II)2(S2)4(LS•–)5] constitutes a mixed-valence Co(II)/Co(III)-pentaradical captivating system with a pentanuclear metal–disulfide core architecture. Single-crystal X-ray diffraction reveals near-ideal radical C–C distances (≈1.37–1.40 Å), confirming robust ligand-centered radical character. Comprehensive spectroscopic (IR, UV–vis, Raman, XPS, EPR) and DC magnetic studies establish the spin ground states and elucidate metal–radical and radical–radical interactions.
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