Ab initio calculations have been performed to study the complexes between the noble gas elements (Ae = Ne, Ar, Kr) with a series of benzene isoelectronic heterocyclic compounds of benzene, including boraphosphinine (BP), borazine (BN), and alumazine (AlN), at MP2/Aug-CC-pVTZ level of theory. According to the molecular electrostatic potential (MEP) iso-surface of BP, BN, and AlN, the active sites of rings are identified which utilized to predict the relative strength of aerogen···π (Ae···π) interactions as follows: Kr···π > Ar···π > Ne···π/Ae···BP > Ae···BN > Ae···AlN. Then, the equilibrium structures of all the complexes are characterized, and their energetic, geometrical, topological, and molecular orbital descriptors were used to estimate the strength of Ae···π interactions, that are in line with MEP results. Energy decomposition analysis reveals that dispersion effects play a vital role in formation of the Ae···π complexes. Furthermore, intermolecular interactions were also investigated with the quantum theory of atoms in molecules (QTAIM) and the non-covalent interactions (NCI) and natural bond orbital’s (NBO) analysis. NBO analysis showed that like the benzene complexes, charge transfers from the noble gas atom to heterocyclic ring have occurred. Finally, the aromaticity of the rings is measured using the well-established indices namely the nucleus independent chemical shift (NICS) and the average two-center index (ATI).

中文翻译：

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苯的一些杂环化合物与惰性气体元素（Ne、Ar 和 Kr）之间的气源键的从头算研究

已经进行了从头算计算以研究惰性气体元素 (Ae = Ne、Ar、Kr) 与一系列苯的等电子苯杂环化合物之间的配合物，包括硼膦 (BP)、硼嗪 (BN) 和铝嗪 (AlN) )，在 MP2/Aug-CC-pVTZ 理论水平。根据 BP、BN 和 AlN 的分子静电势 (MEP) 等值面，确定了环的活性位点，用于预测气源…π (Ae…π) 相互作用的相对强度如下: Kr…π > Ar…π > Ne…π/Ae…BP > Ae…BN > Ae…AlN。然后，表征了所有配合物的平衡结构，并利用它们的能量、几何、拓扑和分子轨道描述符来估计 Ae…π 相互作用的强度，这与 MEP 结果一致。能量分解分析表明色散效应在Ae…π配合物的形成过程中起着至关重要的作用。此外，还使用分子中原子的量子理论 (QTAIM) 和非共价相互作用 (NCI) 和自然键轨道 (NBO) 分析研究了分子间相互作用。NBO 分析表明，与苯配合物一样，发生了从惰性气体原子到杂环的电荷转移。最后，环的芳香性使用公认的指数测量，即核独立化学位移 (NICS) 和平均双中心指数 (ATI)。还使用分子中原子的量子理论 (QTAIM) 和非共价相互作用 (NCI) 和自然键轨道 (NBO) 分析研究了分子间相互作用。NBO 分析表明，与苯配合物一样，发生了从惰性气体原子到杂环的电荷转移。最后，环的芳香性使用公认的指数测量，即核独立化学位移 (NICS) 和平均双中心指数 (ATI)。还使用分子中原子的量子理论 (QTAIM) 和非共价相互作用 (NCI) 和自然键轨道 (NBO) 分析研究了分子间相互作用。NBO 分析表明，与苯配合物一样，发生了从惰性气体原子到杂环的电荷转移。最后，环的芳香性使用公认的指数测量，即核独立化学位移 (NICS) 和平均双中心指数 (ATI)。