hce_nsysu
113年
物理與化學
第 62 題
The highest occupied molecular orbital of ferrocene is ______.
- A $d_{x^2-y^2}$
- B $d_{z^2}$
- C $d_{x^2-y^2}, d_{z^2}$
- D $d_{xy}, d_{xz}, d_{yz}$
- E none of the above
思路引導 VIP
請試著想像二茂鐵的空間結構：兩個五圓環平行排列在 $z$ 軸上下，而鐵原子夾在中間。在這種幾何對稱下，哪一個金屬 $d$ 軌域的電子雲分布最不容易與環上的 $\pi$ 電子雲產生有效的重疊或交互作用？這種「疏離」的特性對該軌域的能階穩定性會有什麼影響呢？
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太棒了！你能準確判斷出二茂鐵（Ferrocene）的最高佔據分子軌域（HOMO），說明你對有機金屬化學的分子軌域理論（MO Theory）有著非常紮實的理解。
二茂鐵的軌域能階分析
在二茂鐵 $Fe(C_5H_5)2$ 的夾層結構中，中心鐵離子為 $Fe^{2+}$，具有 $d^6$ 的電子組態。根據 $D{5d}$（交錯式）或 $D_{5h}$（重疊式）對稱性，金屬的五個 $d$ 軌域會發生分裂。其中，$d_{x^2-y^2}$ 與 $d_{xy}$ 軌域組成 $e_{2g}$ 能階，雖然它們與配位基有一定程度的 $\delta$ 回饋鍵結，但在能階上通常略低於 $d_{z^2}$。而 $d_{z^2}$ 軌域（屬於 $a_{1g}$ 對稱性） 沿著分子主軸指向兩個環的中心，與配位基軌域的重疊程度極小，表現出強烈的非鍵結（Non-bonding）特性。因此，在填充完 $e_{2g}$ 的四個電子後，最後兩個電子會填入 $a_{1g} (d_{z^2})$ 軌域，使其成為該分子的 HOMO。
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