pi 受體配體
/ PY-acceptor (pi as in 'pie') /
最有意思的配體既給又取。pi 受體配體一面像往常一樣向金屬給出一對孤對、做正面的 sigma 鍵,一面又在側面掛著空的 pi 對稱軌域,金屬便把自己的一些 d 電子反推進這些空軌域。於是金屬又把電子還給配體——一條雙向道。典範的 pi 受體是一氧化碳、氰根和氮分子;膦和烯烴則做得溫和一些。
追蹤一下電子的流向,因為它有個名字:pi 反饋成鍵(或反饋給電子)。首先配體把一對孤對正向 sigma 給入金屬。然後填滿的金屬 t2g 軌域(dxy、dxz、dyz,指向配體之間)與配體的空 pi 反鍵軌域側向交疊,把電子密度反推進去。這種反饋抽走金屬的 t2g 並使之穩定(能量降低),這與 pi 給體所做的恰恰相反。由於 delta-o 是 t2g 與 eg 之間的間隙,壓低 t2g 就加大了 delta-o。所以 pi 受體是強場配體:它們使分裂變大、有利於低自旋錯合物。這種協同是自我強化的——sigma 給予讓金屬富電子,反饋又予以緩解,二者相互增強。
pi 受體牢牢佔據光譜化學序列的強場端,並解釋了它最大的謎題:為何中性的 CO 比帶負電的鹵素分裂得更強。它們也是有機金屬化學的核心——金屬羰基之所以存在正是因為 CO 反饋成鍵,而且你簡直可以用紅外光譜親眼看到這種反饋,因為填入 CO 的 pi 反鍵軌域會削弱它的三鍵、降低其伸縮頻率。反饋越強、C-O 鍵越弱、頻率越低:這是窺見一個軌域概念的直接實驗窗口。
自由的一氧化碳在約 2143 cm-1 處伸縮。結合在 Ni(CO)4 中時頻率降到約 2060 cm-1,而在反饋更強的陰離子羰基中還會進一步下降。這一可測的下降,就是電子密度從金屬流入 CO 的 pi 反鍵軌域——pi 反饋成鍵被當場抓獲。
C-O 伸縮頻率的下降,是金屬反饋強弱的一把直接標尺。
反饋需要金屬的 t2g 中確實有 d 電子可供給出,所以它在富電子、低氧化態的金屬上最強;高氧化態、缺電子的金屬幾乎沒有可反饋的,這正是金屬羰基偏好低氧化態的原因。