Metal (iso)cyanides dominate the molecular inventory of metal-bearing species in the interstellar medium. Their oxide counterparts, metal (iso)cyanates, have potential as interstellar molecules and have received significant attention. However, cationic complexes HNCOM+ as precursors to metal (iso)cyanates are rarely studied. Herein, we investigated HNCOCa+ by exploiting infrared spectrometry with isotopic substitutions and quantum chemical calculations. For comparison, the light and heavy alkaline earth metal cationic complexes HNCOBe+ and HNCOBa+ were also explored. HNCOCa+ and HNCOBe+ rather than HNCOBa+ can be experimentally generated by the reactions of metal cations with HNCO. The observed antisymmetric and symmetric NCO stretching vibrations in HNCOCa+ (2362.6 and 1330.4 cm−1) are higher than those in free HNCO (2268.5 and 1320.3 cm−1) but lower than those in HNCOBe+ (2426.4 and 1355.2 cm−1). These shifts can be explained by the charge polarization within the NCO fragment in HNCOBe+ and HN-COCa+. Bonding analysis suggests that HNCO–Be+ bond favors covalent character (54%) while HNCO–Ca+ bond has higher electrostatic character (57%). The dominant electrostatic interaction (64%) in HNCO–Ba+ bond results in the low bond energy, which might account for its absence in experiments.

[1]
R. C.
Fortenberry
,
Mol. Astrophys.
18
,
100062
(
2020
).
[2]
A.
Potapov
and
M.
McCoustra
,
Int. Rev. Phys. Chem.
40
,
299
(
2021
).
[3]
A.
Mortier
,
N. C.
Santos
,
S.
Sousa
,
G.
Israelian
,
M.
Mayor
, and
S.
Udry
,
Astron. Astrophys.
551
,
A112
(
2013
).
[4]
M.
Sanz-Novo
,
P.
Ortega
,
P.
Redondo
,
A.
Largo
,
J. L.
Alonso
, and
C.
Barrientos
,
Astrophys. J.
941
,
40
(
2022
).
[5]
V. J.
Esposito
,
T.
Trabelsi
, and
J. S.
Francisco
,
Astrophys. J.
924
,
139
(
2022
).
[6]
T.
Trabelsi
,
O.
Sghaier
,
H.
Ferjani
, and
J. S.
Francisco
,
Astron. Astrophys.
672
,
A79
(
2023
).
[7]
M.
Guelin
,
R.
Lucas
, and
J.
Cernicharo
,
Astron. Astrophys.
280
,
L19
(
1993
).
[8]
L. M.
Ziurys
,
A. J.
Apponi
,
M.
Guelin
, and
J.
Cernicharo
,
Astrophys. J.
445
,
L47
(
1995
).
[9]
J. L.
Highberger
,
C.
Savage
,
J. H.
Bieging
, and
L. M.
Ziurys
,
Astrophys. J.
562
,
790
(
2001
).
[10]
L. M.
Ziurys
,
C.
Savage
,
J. L.
Highberger
,
A. J.
Apponi
,
M.
Guélin
, and
J.
Cernicharo
,
Astrophys. J.
564
,
L45
(
2002
).
[11]
M.
Guélin
,
S.
Muller
,
J.
Cernicharo
,
M. C.
McCarthy
, and
P.
Thaddeus
,
Astron. Astrophys.
426
,
L49
(
2004
).
[12]
J.
Cernicharo
,
L.
Velilla-Prieto
,
M.
Agúndez
,
J. R.
Pardo
,
J. P.
Fonfría
,
G.
Quintana-Lacaci
,
C.
Cabezas
,
C.
Bermúdez
, and
M.
Guélin
,
Astron. Astrophys.
627
,
L4
(
2019
).
[13]
H.
Gupta
,
C. A.
Gottlieb
,
V.
Lattanzi
,
J. C.
Pearson
, and
M. C.
McCarthy
,
Astrophys. J. Lett.
778
,
LI
(
2013
).
[14]
J.
Cernicharo
,
C.
Cabezas
,
J. R.
Pardo
,
M.
Agúndez
,
C.
Bermúdez
,
L.
Velilla-Prieto
,
F.
Tercero
,
J. A.
López-Pérez
,
J. D.
Gallego
,
J. P.
Fonfria
, G. Quintana^Lacaci,
M.
Guelin
, and
Y.
Endo
,
Astron. Astrophys.
630
,
L2
(
2019
).
[15]
S.
Petrie
,
Mon. Not. Roy. Astron. Soc.
282
,
807
(
1996
).
[16]
K.
Kawaguchi
,
E.
Kagi
,
T.
Hirano
,
S.
Takano
, and
S.
Saito
,
Astrophys. J.
406
,
L39
(
1993
).
[17]
P.
Glarborg
and
P.
Marshall
,
Energy Fuels
31
,
2156
(
2017
).
[18]
M.
Sarla
,
M.
Pandit
,
D. K.
Tyagi
, and
J. C.
Kapoor
,
J. Hazard. Mater.
116
,
49
(
2004
).
[19]
I.
Fourré
,
O.
Matz
,
Y.
Ellinger
, and
J. C.
Guillemin
,
Astron. Astrophys.
639
,
A16
(
2020
).
[20]
D. H.
Quan
,
E.
Herbst
,
Y.
Osamura
, and
E.
Roueff
,
Astrophys. J.
725
,
2101
(
2010
).
[21]
N.
Marcelino
,
S.
Brunken
,
J.
Cernicharo
,
D.
Quan
,
E.
Roueff
,
E.
Herbst
, and
P.
Thaddeus
,
Astron. Astrophys.
516
,
A105
(
2010
).
[22]
P.
Gorai
,
B.
Bhat
,
M.
Sil
,
S. K.
Mondal
,
R.
Ghosh
,
S. K.
Chakrabarti
, and
A.
Das
,
Astrophys. J.
895
,
86
(
2020
).
[23]
M.
Ferus
,
D.
Nesvorný
,
J.
Šponer
,
P.
Kubelík
,
R.
Michalčiková
,
V.
Shestivská
,
J. E.
Šponer
, and
S.
Civiš
,
Proc. Natl. Acad. Sci. USA
112
,
657
(
2015
).
[24]
B. M.
Rode
,
W.
Kosmus
, and
E.
Nachbaur
,
Chem. Phys. Lett.
17
,
186
(
1972
).
[25]
D.
Poppinger
and
L.
Radom
,
J. Am. Chem. Soc.
100
,
3674
(
1978
).
[26]
L. C.
Ellingboe
,
A. M. R. P.
Bopegedera
,
C. R.
Brazier
, and
P. F.
Bernath
,
Chem. Phys. Lett.
126
,
285
(
1986
).
[27]
T.
Pasinszki
,
T.
Veszprémi
, and
M.
Fehér
,
Chem. Phys. Lett.
215
,
395
(
1993
).
[28]
T.
Trabelsi
,
M. C.
Davis
,
R. C.
Fortenberry
, and
J. S.
Francisco
,
J. Chem. Phys.
151
,
244303
(
2019
).
[29]
Á.
Vega-Vega
,
A.
Largo
,
P.
Redondo
, and
C.
Barrientos
,
ACS Earth Space Chem.
1
,
158
(
2017
).
[30]
J.
Bai
and
H. T.
Yu
,
New J. Chem.
46
,
7879
(
2022
).
[31]
V.
Lattanzi
,
S.
Thorwirth
,
C. A.
Gottlieb
, and
M. C.
McCarthy
,
J. Phys. Chem. Lett.
3
,
3420
(
2012
).
[32]
[33]
R. L.
Brown
,
Astrophys. J.
248
,
L119
(
1981
).
[34]
N.
Marcelino
,
M.
Agúndez
,
J.
Cernicharo
,
E.
Roueff
, and
M.
Tafalla
,
Astron. Astrophys.
612
,
L10
(
2018
).
[35]
P.
Redondo
,
M.
Sanz-Novo
, and
C.
Barrientos
,
Astrophys. J.
928
,
69
(
2022
).
[36]
N.
Mauron
and
P. J.
Huggins
,
Astron. Astrophys.
513
,
A31
(
2010
).
[37]
X.
Wu
,
L. L.
Zhao
,
J. Y.
Jin
,
S.
Pan
,
W.
Li
,
X. Y.
Jin
,
G. J.
Wang
,
M. F.
Zhou
, and
G.
Frenking
,
Science
361
,
912
(
2018
).
[38]
L. N.
Wang
,
S.
Pan
,
G. J.
Wang
,
X. Q.
Zeng
,
M. F.
Zhou
, and
G.
Frenking
,
Chem. Commun.
58
,
8532
(
2022
).
[39]
W. S.
Drozdoski
,
A. P.
Baronavski
, and
J. R.
McDonald
,
Chem. Phys. Lett.
64
,
421
(
1979
).
[40]
C. N.
Filer
and
C. T.
Peng
,
J. Labelled Compd. Radiopharm.
63
,
240
(
2020
).
[41]
M. J.
Frisch
,
J. A.
Pople
, and
J. S.
Binkley
,
J. Chem. Phys.
80
,
3265
(
1984
).
[42]
A. P.
Scott
and
L.
Radom
,
J. Phys. Chem.
100
,
16502
(
1996
).
[43]
M.
Dolg
,
H.
Stoll
, and
H.
Preuss
,
J. Chem. Phys.
90
,
1730
(
1989
).
[44]
M.
Kaupp
,
P. V. R.
Schleyer
,
H.
Stoll
, and
H.
Preuss
,
J. Chem. Phys.
94
,
1360
(
1991
).
[45]
M. P.
Andersson
and
P.
Uvdal
,
J. Phys. Chem. A
109
,
2937
(
2005
).
[46]
M. J.
Frisch
,
G. W.
Trucks
,
H. B.
Schlegel
,
G. E.
Scuseria
,
M. A.
Robb
,
J. R.
Cheeseman
,
G.
Scalmani
,
V.
Barone
,
G. A.
Petersson
,
H.
Nakatsuji
,
X.
Li
,
M.
Caricato
,
A. V.
Marenich
,
J.
Bloino
,
B. G.
Janesko
,
R.
Gomperts
,
B.
Mennucci
,
H. P.
Hratchian
,
J. V.
Ortiz
,
A. F.
Izmaylov
,
J. L.
Sonnenberg
,
D.
Williams-Young
,
F.
Ding
,
F.
Lipparini
,
F.
Egidi
,
J.
Goings
,
B.
Peng
,
A.
Petrone
,
T.
Henderson
,
D.
Ranasinghe
,
V. G.
Zakrzewski
,
J.
Gao
,
N.
Rega
,
G.
Zheng
,
W.
Liang
,
M.
Hada
,
M.
Ehara
,
K.
Toyota
,
R.
Fukuda
,
J.
Hasegawa
,
M.
Ishida
,
T.
Nakajima
,
Y.
Honda
,
O.
Kitao
,
H.
Nakai
,
T.
Vreven
,
K.
Throssell
,
J. A.
Montgomery
Jr.
,
J. E.
Peralta
,
F.
Ogliaro
,
M. J.
Bearpark
,
J. J.
Heyd
,
E. N.
Brothers
,
K. N.
Kudin
,
V. N.
Staroverov
,
T. A.
Keith
,
R.
Kobayashi
,
J.
Normand
,
K.
Raghavachari
,
A. P.
Rendell
,
J. C.
Burant
,
S. S.
Iyengar
,
J.
Tomasi
,
M.
Cossi
,
J. M.
Millam
,
M.
Kiene
,
C.
Adamo
,
R.
Cammi
,
J. W.
Ochterski
,
R. L.
Martin
,
K.
Morokuma
,
O.
Farkas
,
J. B.
Foresman
, and
D. J.
Fox
,
Gaussian 16 Rev. C. 01,
Wallingford, CT
:
Gaussian Inc
., (
2016
).
[47]
R. F. W.
Bader
,
Atoms in Molecules: A Quantum Theory,
Oxford
:
Clarendon Press, (1990
).
[48]
T. A.
Keith
,
AIMAll, Version 17.11. U,
Overland Park, KS, USA
:
TK Gristmill Software
, (
2017
).
[49]
E. D.
Glendening
,
C. R.
Landis
, and
F.
Weinhold
,
J. Comput. Chem.
34
,
1429
(
2013
).
[50]
A.
Michalak
,
M.
Mitoraj
, and
T.
Ziegler
,
J. Phys. Chem. A
112
,
1933
(
2008
).
[51]
M. P.
Mitoraj
,
A.
Michalak
, and
T.
Ziegler
,
J. Chem. Theory Comput.
5
,
962
(
2009
).
[52]
L. L.
Zhao
,
M.
von Hopffgarten
,
D. M.
Andrada
, and
G.
Frenking
,
WIREs Comput. Mol. Sci.
8
,
el345
(
2018
).
[53]
L. L.
Zhao
,
M.
Hermann
,
W. H. E.
Schwarz
, and
G.
Frenking
,
Nat. Rev. Chem.
3
,
48
(
2019
).
[54]
ADF2014, SCM, Theoretical Chemistry,
Amsterdam, The Netherlands: Vrije Universiteit
,https://www.scm.com.
[55]
G. te
Velde
,
F. M.
Bickelhaupt
,
E. J.
Baerends
,
C. Fonseca
Guerra
,
S. J. A.
van Gisbergen
,
J. G.
Snijders
, and
T.
Ziegler
,
J. Comput. Chem.
22
,
931
(
2001
).
[56]
E.
Van Lenthe
and
E. J.
Baerends
,
J. Comput. Chem.
24
,
1142
(
2003
).
[57]
G. J.
Wang
and
M. F.
Zhou
,
Int. Rev. Phys. Chem.
27
,
1
(
2008
).
[58]
C. A.
Thompson
,
L.
Andrews
,
J. M. L.
Martin
, and
J.
El-Yazal
,
J. Phys. Chem.
99
,
13839
(
1995
).
[59]
L. N.
Wang
,
S.
Pan
,
B.
Lu
,
X. L.
Dong
,
H. M.
Li
,
G. H.
Deng
,
X. Q.
Zeng
,
M. F.
Zhou
, and
G.
Frenking
,
Angew. Chem. Int. Ed.
60
,
4518
(
2021
).
[60]
M. F.
Zhou
and
L.
Andrews
,
J. Am. Chem. Soc.
120
,
11499
(
1998
).
[61]
M. D.
Leslie
,
M.
Ridoli
,
J. G.
Murphy
, and
N.
Borduas-Dedekind
,
Environ. Sci.: Processes Impacts
21
,
793
(
2019
).
[62]
P.
Pyykkö
and
M.
Atsumi
,
Chem. Eur. J.
15
,
12770
(
2009
).
[63]
P.
Redondo
,
A.
Largo
, and
C.
Barrientos
,
Astrophys. J.
899
,
135
(
2020
).
This content is only available via PDF.

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.