圣大化学家获得“超分子位点”
圣彼得堡大学的化学家研究了若干新的金属化合物,其结构中包含一组特殊的涉及卤素原子的分子间相互作用,称为“超分子位点”。 这项发现将有助于药物和各种新材料的合成。
文章中描述该研究结果的图片,将出现在最新一期《化学(欧洲期刊)》的封面上。
在所有化学元素中,卤素原子最容易吸引电子,也就是说它们具有最高的电负性。在绝大多数卤素原子化合物中,它们都带有部分负电荷。然而早在1970年,诺贝尔化学奖得主奥德·哈塞尔(Odd Hassel)在他的诺贝尔演讲《带电荷转移的原子间相互作用的结构方面》中就提到了卤素原子与带负电荷的中心(即亲核体)相互作用的能力。
乍一看,这种相互作用与常识是相矛盾的,因为卤素原子本身便带有负电荷。在哈塞尔演讲之后的2013年,研究人员达成了理解这一现象的共识,当时国际理论和应用化学联合会(IUPAC)发表了一篇论文,将卤素原子与亲核试剂的相互作用定义为“卤素键”。
该研究得到了俄罗斯科学基金会(项目经费编号19-13-00013),俄罗斯基础研究基金会(项目号18-29-04006)和总统科学技术和教育理事会(项目号MK-4457.2018.3)的支持。
卤素键本质上是常见的氢键的类似物,其中卤素原子充当氢原子。由于卤素原子周围的电荷分布不均匀,并且在它们的许多化合物中存在一个缺少负电荷的区域,即带正电的区域,因此可以进行卤素键合。由于卤素的存在,卤素可以与亲核试剂相互作用。卤素键在生物化学中的含卤素化合物的代谢中,在材料科学中,在合成具有可控光物理特性的磷光体(发光物质)以及稳定爆炸炸药方面都非常重要。
圣彼得堡国立大学的化学家们在最近发表的一篇论文中表明,在已知的铂和钯的对称化合物和新的铂和钯的对称化合物的结构中,四个卤素原子之间产生的卤素键会导致这些化合物的分子组成超分子层。这些相互作用的一个特征是,它们的发生是通过与碳原子相连的卤素原子(具有正电荷的区域)以及与金属原子相连的卤素原子(不具有该区域)的参与而发生的(见图)。如此一来,卤素在金属原子上的排斥力(图中用负号表示)被其在碳原子上对卤素原子的吸引力(图中用加号表示)所抵消。
在这种相互作用中,存在相反的力量的这种“内部张力”,使文章作者称其为“超分子位点”,在这些位点中,负电荷通过吸引正电荷而聚集在一起。
“将来,这种相互作用将有助于有效地合成具有新型可调节特性的材料,它们中的原子间的排斥力可以通过原子间的吸引力来补偿,”该研究的作者之一,圣彼得堡国立大学教授,俄罗斯科学院教授纳娜杰日达·博卡奇表示,“可以是药物,可以是具有可调节特性的发光材料,以及稳定能量浓缩系统。”