CO與N2(以后稱之為雙氮)具有等電子這一事實(shí)促使人們?nèi)タ紤]類似于M-CO鍵的M-NN鍵存在的可能性,這已有好多年了。直到1965年オ報(bào)導(dǎo)出第一個(gè)例子[Ru(NH3)5N2]Cl2。后續(xù)的工作指出[Ru(NH3)5N2]2+陽(yáng)離子可以通過(guò)一系列的途徑獲得,如:
N2H4與RuCl3水溶液反應(yīng);
NaN3與[Ru(NH3)5(H2O)]3+反應(yīng);
N2(100氣壓)與[Ru(NH3)5(H2O)]3+反應(yīng);
RuCl3(aq)與Zn在NH3(aq)中反應(yīng)。
其中直接用N2置換的反應(yīng)或許是更值得重視的。不過(guò)與早期的報(bào)告相反,沒(méi)能找到一種把[Ru(NH3)5N2]2+中的配位氮還原成氨的途徑。事實(shí)上沒(méi)有報(bào)導(dǎo)過(guò)穩(wěn)定絡(luò)合物中的配位氮能被還原成NH3。只在少數(shù)幾個(gè)體系中,N2曾被低價(jià)的金屬原子催化還原成NH3,(大概是通過(guò)瞬時(shí)的M-N2絡(luò)合物)。
成橋的N2配位體第一次被觀察到是在下列反應(yīng)的產(chǎn)物中:
此雙核離子之拉曼光譜在2100厘米-1處有一根強(qiáng)的譜線,它表示直線型結(jié)構(gòu)RuⅡN≡NRuⅡ的可能性大于彎曲型結(jié)構(gòu)RuⅢ-N=N-RuⅢ。
端式的N2配位體在1930-2230厘米-1處有一強(qiáng)的紅外譜帶(比游離N2的2331厘米-1低100-400厘米-1),此譜帶可作判別之用。
在下述這些反應(yīng)中可以觀察到在大氣壓力下直接用N2氣來(lái)生成N2的絡(luò)合物:
還有許多其它金屬同叔膦或胂生成的絡(luò)合物,例如順式和反式的Mo(N2)2(PR3)4,ReX(N2)(PR3)4和OsX2(N2)(AsR3)3。甚至在一大氣壓下,用Na或Zn的汞齊在N2氣氛中還原它們的鹵化物而容易地制得它們的N2絡(luò)合物,如:
某些雙氮絡(luò)合物的主要結(jié)構(gòu)特征列于表22-5中。最重要的一點(diǎn)是M-N-N基實(shí)質(zhì)上為直線形,是NーN間距略有增加(游離氮是1.698Å),而M-N間距較預(yù)計(jì)的單鍵稍短些。
表22-5 某些M-N≡N基的結(jié)構(gòu)參數(shù)
化合物 | M-N(Å) | N≡N(Å) | MNN |
[Ru(NH3)5N2]Cl2 a | 2.10 | 1.12 | 180 |
CoH(PPh3)3N2·Et2O | 1.80 | 1.16 | 175 |
CoH(PPh3)3N2 b |
1.78 1.89 |
1.10 1.12 |
178 178 |
[Ruen(N3)(N2)]PF6 | 1.89(1) | 1.11(1) | 179(1) |
a.由于晶體畸變,偏差未定。b.單位晶胞中有兩個(gè)獨(dú)立的分子。
M-N2基中的鍵合作用和預(yù)料的一樣,在本質(zhì)上類似于端基M-CO;同樣包含著兩種基本成分,就是M←N2的σ-給予和M→N2的π-接受。CO和N2的分子軌道能量差由小變得很大,這說(shuō)明N2絡(luò)合物是不穩(wěn)定的。對(duì)CO來(lái)講,σ-給予軌道是弱的反鍵軌道,而N2的相應(yīng)軌道卻是成鍵特征的。所以N2比起CO來(lái)是一種顯著低劣的σ-給予體。現(xiàn)今觀察到在N2和CO的對(duì)應(yīng)絡(luò)合物中,假如金屬和其它配位體相同時(shí),N2和CO頻率降低的百分率是幾乎相同的。就電子因素而言,CO絡(luò)合物中CO鍵的變?nèi)蹩赏耆珰w結(jié)為從金屬dπ軌道到COπ*軌道的反饋給予效應(yīng),它僅被σ-給予所稍微對(duì)消。而另一方面,N2絡(luò)合物中N≡N鍵卻同時(shí)被σ-給予和π-反饋接受所減弱。從兩種配位體在伸縮頻率上的相似變化這點(diǎn)出發(fā),可認(rèn)為不論在σ-給予還是在π-接受因素方面,N2都弱于CO。換言之,N2的絡(luò)合物總之是不穩(wěn)定的。
電子發(fā)射光譜指出N≡N鍵在[ReCl(diphos)2(N2)]和[ReCl(diphos)2(N2)]+中都有著相當(dāng)大的極性。