Новости химической науки > Соединения благородных газов и сигма-полостное взаимодействие

Помимо известной химической инертности благородных газов, эти элементы обладают еще одной особенностью. Исследователи из Испании с помощью расчетов обнаружили, что молекулы, содержащие ксенон, могут вступать в нековалентное взаимодействие друг с другом в соответствии с механизмом, который получил название «аэрогенное связывание» (aerogen bonding).

Рассчитанные Антонио Баузой (Antonio Bauzá) и Антонио Фронтерой (Аntonio Frontera) электростатические потенциалы могут пригодиться для описания кристаллических структур таких молекул.

Аэрогенное связывание основано на наличии областей с низкой плотностью электронов у атомов ксенона – такие области с недостатком электронов известны как σ-полости, которые, как известно, отвечают за нековалентное взаимодействие производных других p-элементов. Фронтера и Бауза ранее обнаружили похожий тип взаимодействия для производных элементов 14 группы, например – кремния, назвав его «тетрельное связывание» (тетрелы – тривиальное название элементов подгруппы углерода). Аналогично σ-полостное взаимодействие с участием производных элементов 15, 16 и 17 групп называется пниктогенное связывание, халькогенное связывание и галогенное связывание соответственно.

Фронтера утверждает, что обнаружение аналогичного явления для благородных газов может способствовать построению обобщенной концепции σ-полостного взаимодействия, важного для супрамолекулярной химии и биохимии.

Положительно заряженная σ-полость (синяя) в поверхности электростатического потенциала позволяет объяснить сближение атомов и молекул в кристаллической решетке. (Рисунок из Angew. Chem., Int. Ed., 2015, DOI: 10.1002/anie.201502571)

Одной из изученных испанскими химиками молекул был триоксид ксенона. Как отмечает Фронтера, в результате ряда квантово-химических расчетов была обнаружена область положительного электрического потенциала, расположенная у атома ксенона с тыльной стороны от связей Хе=О, которая позволяет атомам ксенона выступать в качестве кислот Льюиса. σ-полости взаимодействуют с электронными парами, локализованными на атомах кислорода других молекул триоксида ксенона. Фронтера и Бауза рассчитали, что энергия аэрогенного связывания сравнима с энергией водородного связывания и других взаимодействий, основанных на формировании σ-полостей, однако такое взаимодействие отличается меньшей направленностью. Такое взаимное притяжение атомов ксенона и кислорода, вероятно и обуславливает меньшее межатомное расстояние Xe…O в кристаллической решетке, чем ожидалось.

Как отмечает Штефан Цан (Stefan Zahn) из Гессенского Университета, в свое время принимавший участие в обнаружении пниктогенного связывания, результаты новой работы очень интересны, поскольку в очередной раз показывают, что химия полна сюрпризов – вряд ли можно было ожидать, что атомы благородных газов способны участвовать в межмолекулярных взаимодействиях, близких по прочности к водородным связям.

Фронтера признает, что из-за чрезвычайной немногочисленности производных инертных газов и сложностей их получения от аэрогенного связывания вряд ли можно ожидать многого в плане супрамолекулярных взаимодействий, тем не менее, он надеется, что этот тип межмолекулярного взаимодействия важен для производных ксенона, а также для демонстрации общности концепции σ-полостных взаимодействий. В настоящее время Фронтера пытается найти признаки аэрогенного связывания для производных криптона и аргона.

Источник: Angew. Chem., Int. Ed., 2015, DOI: 10.1002/anie.201502571

метки статьи: #межмолекулярные взаимодействия, #природа химической связи, #супрамолекулярная химия