晶体场与配位场理论

pi 给体配体

/ PY-donor (pi as in 'pie') /

有些配体不止于向金属递一对孤对电子。在做完正面的 sigma 键之后,它们还有多余的、垂直于键轴朝侧面伸出的填充孤对,并把这些也推向金属。由于这种侧向交叠具有 pi 键的对称性,这样的配体就是 pi 给体:它既正面(sigma)、又侧向(pi)地把电子密度给金属。经典的 pi 给体是卤素、氧离子、氢氧根和水。

对 d 轨道而言,关键后果如下。具 pi 对称性的金属轨道——指向配体之间的那些——恰好是八面体中的 t2g 组(dxy、dxz、dyz)。当 pi 给体配体把它填满的侧向孤对推向这些 t2g 轨道时,两组填满的电子相互排斥:这一相互作用把金属 t2g 顶高(它变成弱反键)。由于 delta-o 是 t2g 与其上方 eg 组之间的间隙,抬高 t2g 就缩小了 delta-o。所以 pi 给体是弱场配体:它们使分裂变小、有利于高自旋配合物。

这正是光谱化学序列中缺失的另一半。纯静电会说氟离子带很强负电、本应强烈分裂 d 轨道——然而氟却靠近弱场端。原因恰是它的 pi 给予:它额外的孤对抬高 t2g、把 delta 挤小。辨认 pi 给体与 pi 受体,正是配位场理论得以重现序列真实顺序的关键,而这是晶体场理论永远做不到的。pi 给予还倾向于让金属中心更富电子,这对它的反应活性很重要。

氟和氯是 pi 给体,处在光谱化学序列的弱场端,给出小的 delta 和像 [CoF6]3- 这样的高自旋配合物。那令纯电荷模型困惑的 pi 给予,恰恰就是把卤素拉向它们应在的弱场端的原因。

pi 给体抬高 t2g、缩小 delta——与 pi 受体相反。

配体的 pi 性质之所以要紧,是因为金属 t2g 轨道具有与之相互作用的恰当对称性;在缺乏这种对称匹配的几何或轨道中,pi 给予无处可去,对 delta 的影响也就不同。

又称
pi-base ligandπ 给予配体pi 給體配體