ในวิชาเคมีคอมเพล็กซ์การถ่ายโอนประจุ ( CT complex ) หรือคอมเพล็กซ์ผู้ให้-ผู้รับอิเล็กตรอน หมายถึง โครงสร้างระดับ โมเลกุลขนาด ใหญ่ที่ประกอบด้วยโมเลกุลหรือไอออนตั้งแต่สองโมเลกุลขึ้นไป โครงสร้างนี้ประกอบด้วยโมเลกุลสองโมเลกุลที่ดึงดูดกันเองด้วย แรง ไฟฟ้าสถิตกล่าวคือ โมเลกุลหนึ่งมีประจุลบอย่างน้อยบางส่วน และอีกโมเลกุลหนึ่งมีประจุบวกบางส่วน ซึ่งเรียกว่าผู้รับอิเล็กตรอนและผู้ให้อิเล็กตรอน ตามลำดับ ในบางกรณี ระดับการถ่ายโอนประจุจะ "สมบูรณ์" ทำให้คอมเพล็กซ์ CT สามารถจัดเป็นเกลือได้ ในกรณีอื่นๆ การเชื่อมโยงการถ่ายโอนประจุจะอ่อนแอ และปฏิกิริยาอาจถูกรบกวนได้ง่ายโดยตัวทำละลายที่มีขั้ว

สารประกอบอินทรีย์จำนวนหนึ่งก่อตัวเป็นสารเชิงซ้อนถ่ายโอนประจุ ซึ่งมักถูกอธิบายว่าเป็นสารเชิงซ้อนตัวให้และตัวรับอิเล็กตรอน (สารเชิงซ้อน EDA) ตัวรับทั่วไปคือไนโตรเบนซีนหรือเตตระไซยาโนเอทิลีน (TCNE) ความแข็งแรงของการโต้ตอบกับตัวให้และตัวรับอิเล็กตรอนมีความสัมพันธ์กับศักยภาพการแตกตัวเป็นไอออนของส่วนประกอบ สำหรับ TCNE ค่าคงที่ความเสถียร (L/mol) สำหรับสารเชิงซ้อนกับอนุพันธ์ของเบนซีนมีความสัมพันธ์กับจำนวนหมู่เมทิล: เบนซีน (0.128), 1,3,5-ไตรเมทิลเบนซีน (1.11), 1,2,4,5-เตตระเมทิล เบนซีน (3.4) และเฮกซาเมทิลเบนซีน (16.8) ^{[ 2 ]}ตัวอย่างง่ายๆ ของสารเชิงซ้อน ตัว ให้และตัวรับอิเล็กตรอน ต้นแบบ คือไนโตรอะนิลีน^{[ 3 ]}

1,3,5-ไตรไนโตรเบนซีนและสารประกอบอะโรมาติกโพลีไนเตรตที่เกี่ยวข้อง ซึ่งมีอิเล็กตรอนไม่เพียงพอ จะสร้างสารเชิงซ้อนการถ่ายโอนประจุกับอะรีนหลายชนิด สารเชิงซ้อนดังกล่าวจะเกิดขึ้นเมื่อตกผลึก แต่มักจะแตกตัวในสารละลายเป็นส่วนประกอบต่างๆ ลักษณะเฉพาะของเกลือ CT เหล่านี้คือจะตกผลึกเป็นชั้นของโมเลกุลผู้ให้และผู้รับ (ไนโตรอะโรมาติก) สลับกัน เช่น ABAB ^{[ 4 ]}

การศึกษาเบื้องต้นเกี่ยวกับสารเชิงซ้อนผู้ให้-ผู้รับมุ่งเน้นไปที่โซลวาโทโครมิซึมที่แสดงโดยไอโอดีน ซึ่งมักเกิดจาก I ₂ที่สร้างแอดดักต์กับผู้ให้อิเล็กตรอน เช่น เอมีนและอีเทอร์[ ^{5 ] ได}ฮาโลเจน X ₂ (X = Cl, Br, I) และอินเตอร์ฮาโลเจน XY (X = I; Y = Cl, Br) เป็นสปีชีส์กรดลูอิสที่สามารถสร้างผลิตภัณฑ์ได้หลากหลายเมื่อทำปฏิกิริยากับสปีชีส์ผู้ให้ ในบรรดาสปีชีส์เหล่านี้ (รวมถึงผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันหรือผลิตภัณฑ์โปรตอน) แอดดักต์ CT D·XY ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง ปฏิสัมพันธ์ CT ได้รับการวัดปริมาณและเป็นพื้นฐานของแผนการมากมายสำหรับการกำหนดพารามิเตอร์คุณสมบัติของผู้ให้และผู้รับ เช่น แผนการที่คิดค้นโดย Gutmann, Childs, ^{[ 6 ]} Beckettและ แบบ จำลองECW ^{[ 7 ]}

สารอินทรีย์หลายชนิดที่มีอะตอมผู้ให้คือแชลโคเจนหรือพนิคโตเจนสามารถสร้างเกลือ CT ได้ สามารถตรวจสอบลักษณะของสารประกอบที่เกิดขึ้นได้ทั้งในสารละลายและในสถานะของแข็ง

ในสารละลาย ความเข้มของแถบการถ่ายโอนประจุในสเปกตรัมการดูดกลืนแสง UV-Vis ขึ้นอยู่กับระดับ (ค่าคงที่สมดุล) ของปฏิกิริยาการรวมตัวนี้อย่างมาก มีการพัฒนาวิธีการเพื่อกำหนดค่าคงที่สมดุลสำหรับสารประกอบเชิงซ้อนเหล่านี้ในสารละลายโดยการวัดความเข้มของแถบการดูดกลืนแสงเป็นฟังก์ชันของความเข้มข้นของส่วนประกอบผู้ให้และผู้รับในสารละลายวิธี Benesi-Hildebrandซึ่งตั้งชื่อตามผู้พัฒนา ได้รับการอธิบายครั้งแรกสำหรับการรวมตัวของไอโอดีนที่ละลายในไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติก^{[ 8 ]}

ในสถานะของแข็ง พารามิเตอร์ที่มีค่าคือการยืดตัวของความยาวพันธะ X–X หรือ X–Y ซึ่งเป็นผลมาจากลักษณะแอนติบอนดิงของ σ* LUMO ^{[ 9 ]}การยืดตัวสามารถประเมินได้โดยใช้การกำหนดโครงสร้าง (XRD) ^{[ 10 ]}และสเปกโทรสโกปี FT-Raman ^{[ 11 ]}

ตัวอย่างที่รู้จักกันดีคือ สารประกอบเชิงซ้อนที่เกิดจากไอโอดีนเมื่อรวมกับแป้งซึ่งแสดงแถบการถ่ายโอนประจุ สีม่วงเข้ม สารประกอบนี้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะวิธีการตรวจสอบธนบัตรปลอมอย่างคร่าวๆ ต่างจากกระดาษส่วนใหญ่ กระดาษที่ใช้ในธนบัตรของสหรัฐอเมริกาไม่ได้เคลือบด้วยแป้ง ดังนั้น การเกิดสีม่วงเมื่อใช้สารละลายไอโอดีนจึงบ่งชี้ว่าเป็นธนบัตรปลอม

ในปี พ.ศ. 2497 มีการรายงานเกลือถ่ายโอนประจุที่ได้จากเพอรีลีนกับไอโอดีนหรือโบรมีน ที่มีความต้านทานต่ำถึง 8 โอห์ม·ซม. ^{[ 4 ]}ในปี พ.ศ. 2516 มีการค้นพบว่าการรวมกันของ เตตระ ไซยาโนควิโนไดมีเทน (TCNQ) และ เตตระ ไทอาฟุลวาเลน (TTF) ก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนถ่ายโอนประจุที่แข็งแกร่งซึ่งเรียกว่าTTF-TCNQ [ ^{13 ] ของแข็ง} นี้แสดงการนำไฟฟ้าเกือบเป็นโลหะและเป็น ตัวนำอินทรีย์บริสุทธิ์ตัวแรกที่ถูกค้นพบในผลึก TTF-TCNQ โมเลกุล TTF และ TCNQ จะถูกจัดเรียงอย่างอิสระในกองที่เรียงขนานกัน และมีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากกองผู้ให้ (TTF) ไปยังกองผู้รับ (TCNQ) ดังนั้น อิเล็กตรอนและโฮลอิเล็กตรอนจึงถูกแยกและรวมตัวกันในกอง และสามารถเคลื่อนที่ในทิศทางหนึ่งมิติไปตามคอลัมน์ TCNQ และ TTF ตามลำดับ เมื่อมีการใช้ศักย์ไฟฟ้ากับปลายของผลึกในทิศทางของกอง^{[ 14 ]}

สารประกอบ เทตราเมทิล-เทตราซีลีนาฟุลวาเลน- เฮกซาฟลูออโรฟอสเฟต (TMTSF₂PF₆ ₎ซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำในสภาวะแวดล้อมปกติ แสดงคุณสมบัติสภาพนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำ₍ อุณหภูมิวิกฤต)และความดัน สูง คือ 0.9 เคลวินและ 12 กิโลบาร์ความหนาแน่นกระแสวิกฤตในสารประกอบเหล่านี้มีค่าน้อยมาก

ปฏิกิริยาหลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับนิวคลีโอไฟล์ที่โจมตีอิเล็กโทรไฟล์สามารถประเมินได้อย่างมีประโยชน์จากมุมมองของคอมเพล็กซ์การถ่ายโอนประจุเริ่มต้น ตัวอย่างเช่นการแทนที่อะโรมาติก แบบอิเล็กโทรฟิลิก การเติมรีเอเจนต์ Grignard ลง ในคีโตน และการโบรมีโนไลซิสของพันธะโลหะ-อัลคิล^{[ 15 ]}

โครงสร้างอิเล็กตรอนของคอมเพล็กซ์การถ่ายโอนประจุ (CT) เป็นผลมาจากการเชื่อมต่อทางอิเล็กตรอนระหว่างผู้ให้อิเล็กตรอน (D) และผู้รับอิเล็กตรอน (A) ซึ่งสามารถเกิดการกระจายตัวของประจุอิเล็กตรอนบางส่วนหรือทั้งหมดได้ แตกต่างจากโมเลกุลเดี่ยว คอมเพล็กซ์ CT โดยทั่วไปจะมีลักษณะเฉพาะด้วยฟังก์ชันคลื่นอิเล็กตรอนที่เป็นส่วนผสมของโครงสร้างที่เป็นกลางและไอออนิก มากกว่าโครงสร้างของโมเลกุลแต่ละตัว สถานะพื้นฐานและสถานะกระตุ้นทางอิเล็กตรอนของคอมเพล็กซ์ CT อาจมีลักษณะเฉพาะผ่านโครงสร้างไดอะบาติกสองแบบที่จำกัด ได้แก่ โครงสร้างที่เป็นกลาง และโครงสร้างไอออนิก ซึ่งเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างผู้ให้และผู้รับ สถานะพื้นฐานและสถานะกระตุ้นทางอิเล็กตรอนที่แท้จริงเป็นการรวมกันเชิงเส้นของโครงสร้างเหล่านี้ ดังนั้น ผลกระทบที่สังเกตได้ รวมถึงโมเมนต์ไดโพลถาวร ความเข้มของการดูดกลืนแสง และระดับการแยกประจุ จึงขึ้นอยู่กับการมีส่วนร่วมของส่วนไอออนิกในสถานะเหล่านี้^{[ 16 ]}${\displaystyle |D^{0}A^{0}\rangle }$${\displaystyle |D^{+}A^{-}\rangle }$

การนำเสนอเชิงทฤษฎีแบบดั้งเดิมของสารประกอบ CT สามารถอธิบายได้โดยใช้แฮมิลโทเนียนสองสถานะ ซึ่งแสดงอยู่ในฐานของการกำหนดค่าไดอะบาติกที่เป็นกลางและไอออนิก ${\displaystyle {\hat {H}}={\begin{pmatrix}E_{N}&V_{DA}\\V_{DA}&E_{I}\end{pmatrix}}}$

โดยที่และคือพลังงานไดอะบาติกของสถานะที่เป็นกลางและสถานะไอออนิกตามลำดับ และแสดงถึงการเชื่อมต่อทางอิเล็กทรอนิกส์ระหว่างผู้ให้และผู้รับ รูปแบบที่ทำให้เป็นแนวทแยงของแฮมิลโทเนียนนี้จะให้สถานะทางอิเล็กทรอนิกส์แบบอะเดียบาติก ซึ่งพลังงานและลักษณะการถ่ายโอนประจุขึ้นอยู่กับทั้งความแตกต่างของพลังงานของสถานะไดอะบาติกและความแข็งแรงของการเชื่อมต่อระหว่างผู้ให้และผู้รับ ${\displaystyle E_{N}}$${\displaystyle E_{I}}$${\displaystyle V_{DA}}$

โดยทั่วไปแล้ว จะใช้คำอธิบายเกี่ยวกับการถ่ายโอนประจุโดยใช้โมเลกุลออร์บิทัล ซึ่งโมเลกุลออร์บิทัลขอบเขตของผู้ให้และผู้รับจะมีบทบาทสำคัญในการปฏิสัมพันธ์ โดยทั่วไปแล้ว HOMO ของผู้ให้และ LUMO ของผู้รับจะเป็นตัวกำหนดปฏิสัมพันธ์การถ่ายโอนประจุ การกระตุ้นด้วยแสงที่สอดคล้องกับการเปลี่ยนผ่านการถ่ายโอนประจุสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นการส่งเสริมอิเล็กตรอนจาก HOMO ของผู้ให้ไปยัง LUMO ของผู้รับ ส่งผลให้เกิดการแยกประจุอิเล็กตรอนที่เพิ่มขึ้นและโมเมนต์ไดโพลการเปลี่ยนผ่านขนาดใหญ่

ความแตกต่างของพลังงานระหว่างโครงสร้างไดอะบาติกที่เป็นกลางและไอออนิกนั้นถูกควบคุมโดยพารามิเตอร์ทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สำคัญ ได้แก่ ศักยภาพการแตกตัวเป็นไอออนของผู้ให้ ความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนของผู้รับ และปฏิกิริยาคูลอมบ์ระหว่างประจุที่เกิดขึ้น โดยรวมแล้ว ปริมาณเหล่านี้จะกำหนดแรงขับเคลื่อนทางอุณหพลศาสตร์สำหรับการถ่ายโอนประจุและระดับสมดุลของความเป็นไอออนิกของสารประกอบ CT ที่เกิดขึ้น

แถบการดูดกลืนการถ่ายโอนประจุเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนผ่านทางอิเล็กตรอนระหว่างสถานะที่เป็นกลางและไอออนิกแบบผสม และแตกต่างจากการกระตุ้นเฉพาะที่ของโมเลกุลผู้ให้หรือผู้รับแต่ละตัว แถบการดูดกลืน CT เหล่านี้ถูกกำหนดโดยทั้งการแยกพลังงานไดอะบาติกและความแข็งแรงของการเชื่อมต่อทางอิเล็กตรอน และโดยทั่วไปจะวิเคราะห์โดยใช้แนวทาง Mulliken–Hush ^{[ 17 ]}

สภาพแวดล้อมของคอมเพล็กซ์ CT มีอิทธิพลอย่างมากต่อโครงสร้างอิเล็กตรอน การละลายที่เพิ่มขึ้นจะทำให้โครงสร้างไอออนมีเสถียรภาพมากขึ้นเมื่อเทียบกับสถานะที่เป็นกลาง และมักจะเพิ่มการแยกประจุ ทำให้แถบการดูดกลืน CT เลื่อนไปที่พลังงานต่ำลง ความแตกต่างในระยะห่างระหว่างผู้ให้และผู้รับ และการวางแนวร่วมกัน มีอิทธิพลต่อการเชื่อมต่อทางอิเล็กตรอนและขนาดของการถ่ายโอนประจุที่สังเกตได้เช่นกัน^{[ 18 ]}

• เอ็กซิเพล็กซ์ – กรณีพิเศษที่โมเลกุลหนึ่งอยู่ในสถานะกระตุ้น
• สารกึ่งตัวนำอินทรีย์
• ตัวนำยิ่งยวดอินทรีย์

• Y. Okamoto และ W. Brenner สารกึ่งตัวนำอินทรีย์ , Rheinhold (1964)
• H. Akamatsu; H. Inokuchi; Y. Matsunaga (1954). "การนำไฟฟ้าของสารประกอบเพอรีลีน-โบรมีน" Nature . 173 (4395): 168– 169. Bibcode : 1954Natur.173..168A . doi : 10.1038/173168a0 . S2CID  4275335 .