Halogenová vazba

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání

Halogenová vazba je jednou ze slabých molekulových vazebných interakcí, podobně jako známější vodíková vazba. Váže mezi sebou halogenový atom jedné molekuly (přesněji jeho elektrofilní oblast) s elektronegativním atomem druhé molekuly. Ačkoli první indicie existence této vazby jsou již z 19. století, vysvětlení bylo podáno teprve na začátku 21. století.

Obdobou halogenové vazby jsou u prvků 14.-16. skupiny vazba tetrelová, pniktogenová resp. chalkogenová.

Fyzikálně chemický princip[editovat | editovat zdroj]

Přestože halogenový atom má vzhledem k vysoké elektronegativitě schopnost přitáhnout elektrony ze sousedních atomů molekuly a získává tak relativní záporný náboj, ukazují kvantově mechanické výpočty, že rozložení tohoto náboje není rovnoměrné, ale zaujímá kolem atomu jakýsi prstenec, uvnitř kterého je oblast s relativním kladným nábojem, tzv. σ-díra. Ta je pak v případě halogenové vazby přitahována k oblasti se záporným nábojem na druhé molekule.

Definice[editovat | editovat zdroj]

Doporučení IUPAC stanoví následující definici:

„Halogenová vazba se vyskytuje v případech, kdy lze prokázat přitažlivé působení mezi elektrofilní oblastí na halogenovém atomu v molekulární entitě a nukleofilní oblastí jiné nebo téže molekulární entity."[1]

Značení[editovat | editovat zdroj]

Stejně jako jiné slabé molekulové vazebné interakce se značí třemi tečkami.

Typickým případem je R−X•••Y−Z.

R-X je v halogenové vazbě donorem. X je halogenový atom s elektrofilní (chudou na elektrony) oblastí. Y-Z je v halogenové vazbě akceptorem a v typickém případě se jedná o jednoatomový či víceatomový anion nebo nukleofilní (bohatou na elektrony) oblast neutrální molekuly.

Vlastnosti[editovat | editovat zdroj]

  • Halogenová vazba je velmi směrová. Směrovost je dána polohou σ-díry. Úhel mezi R-X•••Y je zpravidla přímý (180°).[1]
  • V komplexu R-X•••Y-Z je vzdálenost mezi X a Y zpravidla menší než součet van der Waalsových poloměrů X a Y. Délka kovalentní vazby R-X zpravidla halogenovou vazbou naroste.[1]
  • Čím větší je atomové číslo halogenového atomu a tedy hlavní kvantové číslo valenční slupky, tím větší je možnost nepravidelného rozložení náboje. Síla halogenové vazba je tedy větší u bromu než u chloru a u jódu větší než u bromu.[2]
  • Všech 5 známých halogenů – fluor, chlor, brom, jód i astat - může vytvářet halogenové vazby.[1] U fluoru vázaného na organické molekuly se však σ-díra vůbec nevyskytuje a halogenové vazby tak v takovém případě není schopen.[2]
  • Síla halogenové vazby se může měnit úpravou chemického okolí halogenu. Navázáním silně elektronegativních atomů do blízkosti vazbového halogenového atomu (díky konjugovaným vazbám např. v aromatických sloučeninách, dobře přenášejícím náboj, to však může být i do relativně vzdálené oblasti molekuly) se u něj zvětší σ-díra a tedy i síla vazby.[2]

Výskyt a možné využití[editovat | editovat zdroj]

Nekovalentní vazba mezi halogenem a elektronegativním atomem byla poprvé popsána v r. 1863 Frederickem Guthriem, který studoval komplexy amoniaku s jódem.

Halogenová vazba se uplatňuje ve struktuře krystalů halogenovaných sloučenin. V organické chemii byla objevena v několika desítkách protein-ligandových komplexů, například u receptoru jódovaného hormonu thyroxinu.[2]

Halogenová vazba je středem pozornosti lékařské chemie. Je tomu proto, že velká část současně studovaných léků obsahuje některý z halogenů a výše uvedená schopnost upravovat sílu vazby navázáním elektronegativních atomů se může významně uplatnit při zlepšování účinnosti podobných preparátů.

Chalkogenová, pniktogenová a tetrelová vazba[editovat | editovat zdroj]

Obdobou halogenové vazby jsou u prvků 16., 15. a 14. skupiny vazba chalkogenová, pniktogenová resp. tetrelová. Mají podobný mechanismus. Přesné definice vyvíjí IUPAC v rámci speciálního projektu,[3] zatím je vydána pracovní verze definice chalkogenové vazby.[4]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. a b c d DESIRAJU, Gautam R.; HO, P. Shing; KLOO, Lars; LEGON, Anthony C.; MARQUARDT, Roberto; METRANGOLO, Pierangelo; POLITZER, Peter, RESNATI, Giuseppe; RISSANEN, Kari. Definition of the halogen bond (IUPAC Recommendations 2013). Pure and Applied Chemistry [online]. Walter de Gruyter Berlin/Boston, 10. červenec 2013. Svazek 85, čís. 8, s. 1711–1713. Dostupné online. PDF [1]. ISSN 1365-3075. DOI:10.1351/PAC-REC-12-05-10. (anglicky) 
  2. a b c d KOLÁŘ, Michal. Halogenová vazba aneb Popletené náboje novou nadějí pro medicínu. Vesmír [online]. Říjen 2012. Roč. 91 (142), čís. 10, s. 552-553. Dostupné online. ISSN 1214-4029. 
  3. IUPAC Project. Categorizing Chalcogen, Pnictogen, and Tetrel Bonds, and Other Interactions Involving Groups 14-16 Elements. Chemistry International [online]. Walter de Gruyter Berlin/Boston, 16. prosinec 2016. Svazek 38, čís. 6, s. 22–24. Dostupné online. ISSN 1365-2192. DOI:10.1515/ci-2016-0617. (anglicky) 
  4. AAKEROY, Christer B.; BRYCE, David L.; DESIRAJU, Gautam R.; FRONTERA, Antonio; LEGON, Anthony C.; NICOTRA, Francesco; RISSANEN, Kari, SCHEINER, Steve; TERRANEO, Giancarlo; METRANGOLO, Pierangelo; RESNATI, Giuseppe. Definition of the chalcogen bond. IUPAC News [online]. Mezinárodní unie pro čistou a užitou chemii, 17. leden 2019. Dostupné online. PDF [2]. (anglicky)