金屬化合物中的鍵合
實(shí)驗(yàn)室k / 2019-06-03
雖然現(xiàn)在還在努力改進(jìn)鍵合的定量地圖象,但是這種鍵合的基本定性面貌(特別是二茂鐵本身和其它很對(duì)稱的化合物)可以認(rèn)為已有了較好的了解。在進(jìn)行詳細(xì)討論之前應(yīng)當(dāng)指出:鍵合情況的討論要緊地不是決定于(h5-C5H5)2M化合物中環(huán)的選定的旋轉(zhuǎn)方位是否是交錯(cuò)(stagger)的(D5d)或者是覆蓋(eclipsed)的(D5h)(見圖23-7);也不決定于這個(gè)問題是否明確的解決。旋轉(zhuǎn)屏障很低(≤5千焦摩-1)這在實(shí)驗(yàn)上是沒有疑問的。最近的證據(jù)似乎表明覆蓋的結(jié)構(gòu)是更穩(wěn)定些,但是在凝聚相(特別是品體)中,可以發(fā)現(xiàn)任何一種結(jié)構(gòu)都有和屏障相似的或比屏障更大的分子間能量。
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鍵合情況在LCAO-MO近似方法中有最好的處理。半定量地能級(jí)圖如圖23-8所示。作為一個(gè)正五邊形,每一個(gè)C5H5環(huán)有五個(gè)πMO,一個(gè)強(qiáng)的成鍵(α),一對(duì)簡(jiǎn)并的弱成鍵(e1)和一對(duì)簡(jiǎn)并的明顯的反鍵(e2)如圖23-9所示。一對(duì)環(huán)因而共有十個(gè)π軌道,如果認(rèn)為是D5d對(duì)稱,那么在(h5-C5H5)2M分子中有一對(duì)稱中心,它們將是中心對(duì)稱(g)和反對(duì)稱(u)的組合。圖28-8的左邊表示原始的一組軌道,右邊是鐵原子的價(jià)電子層(3d、4s、4p)軌道。中間是環(huán)的π軌道和鐵原子的價(jià)電子軌道相互作用生成的MO。
(h5-CH2)2Fe能提供18個(gè)價(jià)電子,五個(gè)π電子來自每一個(gè)C5H5環(huán)而八個(gè)價(jià)電子來自鐵原子??梢钥吹組O的圖象確有九個(gè)成鍵或非鍵的MO和十個(gè)反鍵軌道。這樣,18個(gè)電子恰好充滿成鍵和非鍵MO得到一個(gè)封閉的結(jié)構(gòu)。因?yàn)檎紦?jù)的軌道不是α型(每個(gè)都對(duì)稱于五-重分子軸)就是一對(duì)e1或e2型(也是成對(duì)的對(duì)稱于該軸),所以可以斷定它們沒有因內(nèi)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的內(nèi)部屏障,所觀察到的這種很低的屏障可以認(rèn)為是直接由于環(huán)間的范德華引力所造成的。
從圖23-8可以看出主要的鍵合作用是產(chǎn)生強(qiáng)的成鍵軌道e1g和強(qiáng)的反鍵軌道e1g*,為了給出一個(gè)關(guān)于環(huán)和金屬軌道如何重疊的具體例子,在圖23-10中說明了這種特別重要作用的本質(zhì)。因?yàn)閑1型d軌道(dxz和dyz)方向同e1型環(huán)的π軌道有極好的重疊,所以這種特殊的作用一般來講是最重要的一種,這一點(diǎn)清楚地表示在圖23-10中。