Ikatan halogen anti-elektrostatik ditunjukkan dalam larutan untuk pertama kalinya | Penelitian

Ikatan halogen anti-elektrostatik ditunjukkan dalam larutan untuk pertama kalinya |  Penelitian post thumbnail image

Prize mantap Paito Warna SGP 2020 – 2021.

Sebuah tim ilmuwan internasional telah mengidentifikasi serangkaian kompleks ikatan halogen yang dibentuk oleh dua anion yang stabil dalam larutan. Pembentukan spontan dari interaksi berlawanan ini menunjukkan bahwa ikatan halogen cukup kuat untuk mengatasi tolakan elektrostatik antara dua anion.

Gambar yang menunjukkan struktur 1,2-bis(dicyanomethylene)-3-iodo-cyclopropanide yang dikomplekskan dengan yodium, bromin, dan klorin

Ikatan halogen adalah interaksi menarik yang terbentuk antara spesies nukleofilik yang kaya elektron (akseptor XB) dan daerah elektrofilik dari molekul yang mengandung substituen halogen (donor XB). Interaksi seperti itu biasanya melibatkan donor kationik atau netral, sedangkan interaksi antara spesies halogen anionik dan akseptor kaya elektron, terutama akseptor anionik, dianggap tolak-menolak secara elektrostatis.

‘Dalam kursus pengantar sains, kita diajari bahwa ketika menyangkut interaksi antara partikel bermuatan, tarikan berlawanan – ini dikenal sebagai hukum Coulomb,’ jelas Mark Taylor, ahli kimia organik dan supramolekul dari University of Toronto di Kanada, yang tidak terlibat dalam penelitian. Dengan demikian, ‘interaksi yang menarik antara dua ion bermuatan negatif dalam larutan [would be] mengejutkan dalam terang hukum Coulomb.’

Namun, tim yang dipimpin oleh Sergiy Rosokha di Ball State University, AS, dan Stefan Huber di Ruhr-University Bochum, Jerman, telah menunjukkan bahwa ikatan halogen antara beberapa spesies anionik adalah mungkin. ‘Ikatan halogen adalah interaksi non-kovalen mendasar yang mirip dengan ikatan hidrogen yang sejauh ini telah sedikit dieksplorasi,’ jelas Huber. ‘Kami melihat beberapa anomali dengan model ikatan halogen -hole yang modis saat ini, khususnya beberapa tren yang tidak dapat dijelaskan, dan mulai melihat kasus yang tidak biasa.’

Rosokha mengatakan ikatan anti-elektrostatik dimungkinkan karena kombinasi faktor. ‘Pertama, pelarut polar melemahkan tolakan anion-anion asli dan memungkinkan [for the] pendekatan dekat dari counter-parts. Hal ini menyebabkan polarisasi mereka, yang selanjutnya mengurangi tolakan, dan bahkan dapat menciptakan area muatan positif – dan karenanya menjadi sumber daya tarik – pada permukaan substituen yodium yang sangat terpolarisasi. Akhirnya, pada jarak yang lebih dekat, stabilitas kompleks semacam itu didukung oleh interaksi orbital molekul yang mirip dengan yang mengarah pada pembentukan ikatan kovalen.’

Untuk mengkarakterisasi ikatan anti-elektrostatik antara dua anion ini, tim berfokus pada interaksi antara halida dan 1,2-bis(dicyanomethylene)-3-iodo-cyclopropanide, senyawa dengan potensi elektrostatik negatif universal di seluruh permukaannya. Sementara interaksi telah dipelajari dalam keadaan padat,2 mengeksplorasi perilakunya dalam larutan, di mana ia ‘tidak terpengaruh oleh kekuatan kristal dan interferensi counter-ion minimal’, berarti menapaki landasan baru.

Mencampur donor anionik berbasis siklopropenylium ini dengan halida dalam pelarut polar dan polar sedang melihat pita baru muncul dalam spektrum UV-vis, meskipun kesamaan termodinamika dibagikan dengan interaksi yang sesuai yang menggunakan donor XB netral.

‘Variasi penyerapan tambahan ini dengan konsentrasi reagen, perbandingan dengan perubahan spektral yang diamati pada senyawa terkait, dan analisis komputasi membuktikan bahwa perubahan spektral UV-vis … terkait dengan pembentukan kompleks ikatan halogen,’ jelas Rosokha. Tim menunjukkan bahwa pita serapan baru ini tidak bergantung pada halida yang digunakan dan dipengaruhi oleh perbedaan energi orbital molekul dari dua spesies ikatan.

saluran elektron

‘Identifikasi kompleks ikatan halogen anti-elektrostatik semacam itu lebih lanjut mendukung gagasan bahwa ada lebih banyak ikatan halogen daripada daya tarik elektrostatik antara dua spesies yang terisolasi. Sebaliknya, ikatan ini menyediakan saluran untuk pergerakan elektron di antara mereka,’ tambah Rosokha.

‘Saya ingin tahu lebih banyak tentang mekanisme ikatan yang sebenarnya dan fisika sebenarnya di balik interaksi yang menstabilkan,’ kata Matthias Bickelhaupt, yang mengembangkan teori dan metode kimia untuk merancang molekul dan proses kimia secara rasional di VU Amsterdam di Belanda. ‘Tidak ada keraguan tentang kesimpulan bahwa interaksi orbital memainkan peran penting dalam kompleks ikatan halogen anti-elektrostatik, tetapi masih bagus untuk mengkonfirmasi terjadinya interaksi orbital HOMO-LUMO secara eksplisit, misalnya, dengan orbital molekul kuantitatif. teori.’

Untuk tim, langkah selanjutnya dalam memahami interaksi anti-elektrostatik adalah mengungkap sistem lain yang mungkin dapat membentuk kompleks seperti itu, dengan harapan bahwa formasi ikatan halogen yang tidak biasa seperti itu mungkin memiliki aplikasi sintetis atau biologis.

‘Dalam jangka panjang, akan berguna untuk merancang sistem yang menampilkan konstanta asosiasi yang lebih tinggi dengan anion dan berfungsi dalam rentang pelarut yang luas,’ tambah Taylor, yang mencatat bahwa sejumlah interaksi anion-anion terjadi dalam larutan berair, dan bahwa ikatan halogen memiliki aplikasi dalam pengenalan anion dalam air. ‘Pada akhirnya dimungkinkan untuk menggunakan ikatan halogen antara anion untuk mencapai pengenalan molekuler selektif dalam larutan berair yang kaya garam.’

Related Post