Принцип изолобальной аналогии
При́нцип изолоба́льной анало́гии (изолобальная аналогия, изолобальный принцип), принцип, который служит для объяснения строения кластеров, сложных металлоорганических соединений и других структур. Сформулирован Р. Хофманом в 1976 г.
Принцип изолобальной аналогии заключается в том, что в реальных или воображаемых молекулах изолобальные группы взаимозаменяемы. Изолобальными называются группы, имеющие одинаковое число граничных орбиталей (высших занятых и низших вакантных молекулярных орбиталей) со сходными свойствами симметрии и пространственным строением, близкими значениями энергии и с одним и тем же числом электронов, занимающих эти граничные орбитали. Изображение изолобальности групп А и Б представлено на рис. 1.Принцип изолобальной аналогии выявляет глубинное единство отдельных областей химии. В неявном виде он применяется и в органической химии, например изолобальны группы, имеющие одну «работающую» граничную орбиталь с одним электроном (рис. 2, а), две граничные орбитали с двумя электронами (рис. 2, б), три граничные орбитали с тремя электронами (рис. 2, в).
В химии металлоорганических соединений принцип изолобальной аналогии выполняет роль, аналогичную роли теории химического строения в органической химии. При таком использовании принципа изолобальной аналогии допустимо упрощение определения изолобальности: изолобальными можно назвать группы с одинаковым числом граничных орбиталей и одинаковым числом электронов на них; при соблюдении этих условий примерное соответствие в пространственном строении, энергии и симметрии граничных орбиталей обычно обеспечивается автоматически. При определении числа граничных орбиталей металлоорганического фрагмента надо учитывать, что в отличие от элементов главных подгрупп переходные металлы имеют по девять валентных орбиталей. Отношения изолобальности между фрагментами металлоорганических соединений с соответствующим координационным числом металла n и органическими фрагментами приведены в таблице.
Отношения изолобальности
Органический фрагмент | Металлоорганические фрагменты с координационным числом n | ||||
9 | 8 | 7 | 6 | 5 | |
CH3 | d1ML8 | d3ML7 | d5ML6 | d7ML5 | d9ML4 |
CH2 | d2ML7 | d4ML6 | d6ML5 | d8ML4 | d10ML3 |
CH | d3ML6 | d5ML5 | d7ML4 | d9ML3 |
Для металлоорганических соединений (октаэдрическая координация, n = 6) CH3-группе изолобальны группы d7ML5, например Mn(CO)5 или Fe(η5-C5H5)(CO)2 (т. к. C5H5 изолобальный аналог совокупности трёх двухэлектронных лигандов); CH2-группе изолобальны группы d8ML4, например Ru(CO)4, CoCO(η5-C5H5), CH-группе – группы d9ML3, например Co(CO)3, Ni(η5-C5H5). В соответствии с принципом изолобальной аналогии кластеры Re2(CO)10, Os3(CO)12, Ir4(CO)12 – изолобальные аналоги этана, циклопропана и тетраэдрана соответственно, а кластер [Fe2(CO)8]Sn – изолобальный аналог спиропентана [т. к. Fe(CO)4 изолобален CH2 и Sn изолобален С].
Принцип изолобальной аналогии может быть применён для предсказания возможности существования новых соединений. Достоверность таких прогнозов значительно повышается при использовании своеобразной библиотеки граничных орбиталей металлоорганических фрагментов, изолобальных основным органическим фрагментам.