Theoretical description of metal–ligand bonding within f-element complexes: A successful and necessary interplay between theory and experiment

The quantum chemical study presented here shows various aspects of the bonding of lanthanide (La3+, Gd3+) and actinide (U3+, Am3+, Cm3+) ions with N-heterocyclic ligands (polyazines, BTP: bis(1,2,4-triazinyl)-2,6-pyridine). Several families of complexes, differing by their coordination sphere, have been examined. Clearly, the lanthanide complexes always show a purely ionic bonding. The behaviour of U(III) is also well defined with a more or less strong backbonding interaction whatever the complex is. In contrast, the heavy actinides (Am3+ and Cm3+) are changeable, with a weak covalent character, going from donation to backdonation, depending on the coordination sphere of the complex.

RésuméL'étude de chimie quantique présentée ici illustre plusieurs aspects de la liaison entre ions trivalents de lanthanides (La3+, Gd3+) ou d′actinides (U3+, Am3+, Cm3+) et des ligands N-hétérocycliques (polyazines, BTP: bis(1,2,4-triazinyl)-2,6-pyridine). Plusieurs familles de complexes, qui diffèrent par la nature de leur sphère de coordination, ont été examinées. De manière claire, les complexes de lanthanides montrent toujours une liaison purement ionique. U(III) a aussi un comportement bien défini, avec des effets de rétrodonation quel que soit le complexe. Au contraire, les actinides lourds (Am3+ and Cm3+) sont versatiles, présentant une faible covalence, allant de la donation à la rétrodonation, suivant la sphère de coordination du complexe.