晶体场与配位场理论

sigma 给予

/ SIG-ma do-NAY-shun /

配体究竟是怎样附着到金属上的?最基本的方式是配体正面向金属递上一对电子。一个水分子、一个氨、一个氯——各有一对朝外的孤对电子,它把这对孤对正对金属,沿连接二者的连线成键。像这样沿键轴端对端地把一对孤对电子给入金属,就是 sigma 给予。它是配位键的家常便饭。

sigma 一词来自所成键的对称性:sigma 键绕金属-配体轴呈柱对称,电子密度直接堆在两原子之间。用分子轨道的语言说,配体已填满的给体轨道与一个朝向它的空金属轨道交叠。在八面体配合物里,能接受这种正面给予的金属轨道,恰恰是指向配体的那些——eg 型 d 轨道(dz2、dx2-y2)连同金属的 4s 和 4p。配体孤对与这些金属受体轨道组合成成键分子轨道(已填满、容纳被给予的电子)和反键分子轨道(d 电子部分占据的 eg* 组)。仅这套 sigma 框架就足以把 eg 组顶高、产生类似晶体场的分裂。

sigma 给予是整个配位场赖以建立的地基:它设定 delta 的基线大小,sigma 给体越强、分裂越大。像氨以及有机金属化学中的碳负离子这样的强 sigma 给体把 delta 推高;较弱的给体使其保持低位。当存在 pi 键时,它再在这条 sigma 基线之上进一步把 delta 调高或调低——但若没有 sigma 给予,就根本没有金属-配体键、也就没有配合物。

氨是纯粹的 sigma 给体:它的氮孤对正对金属、正面给予,没有 pi 轨道来添乱。正是这种干净而强的 sigma 给予,让氨在光谱化学序列中位置颇高,也让 [Co(NH3)6]3+ 这类氨配合物有相当大的 delta。

一对正对金属的孤对电子,构成最简单、最普遍的配位键。

单凭 sigma 给予会让金属更富电子、在其上累积负电荷;在许多真实配合物里,pi 受体配体会把部分电子密度抽回来以缓解这一点,所以 sigma 与 pi 键常常协同配合、而非各自孤立运作。

又称
sigma donor bondingσ 给电子sigma 配位