Новости химической науки > Новый тип взаимодействия – только для пниктогенов

Исследователи из Германии обнаружили новый тип межмолекулярных взаимодействий, реализующийся только между атомами 15 группы Периодической системы. Прочность вновь открытого взаимодействия соотносима с прочностью водородных связей, новый тип взаимодействия может оказаться полезным для получения новых супрамолекулярных структур.

Пниктогены, элементы 15 группы Периодической системы (подгруппа азота), как правило образуют соединения, которые можно охарактеризовать как электронодоноры или основания Льюиса. Однако исследователи из Университета Лейпцига обнаружили, что в некоторых кислотах Льюиса атомы пниктогенов вместо того, чтобы отталкиваться друг от друга, притягиваются за счет нековалентных взаимодействий.

Автор открытия, Ева Хей-Хокинс (Eva Hey-Hawkins) отмечает, что когда мы обычно смотрим на производные соединений 15 группы с составом PR₃, мы не ожидаем, что эти молекулы будут притягиваться друг к другу – ведь у каждой молекулы есть неподеленная пара электронов.

Между соединениями элементов 15 группы может реализовываться взаимодействие такое же прочное, как водородная связь. (Рисунок из Chem. Eur. J., 2011, DOI: 10.1002/chem.201002146)

Однако изучение взаимодействия известных соединений PR₃ друг с другом показало, что между ними реализуется притяжение, энергия которого может сравниться с прочностью водородной связи – около 20 кДж/моль.

Исследователи предполагают, что притяжение реализуется за счет взаимодействия неподеленной электронной пары одной молекулы с разрыхляющей орбиталью связи P-R другой молекулы. Хотя сама по себе неподеленная электронная пара – область отрицательного заряда, она обрамлена каймой – зоной положительного заряда. Такое соотношение зарядов, в итоге, позволяет предположить возможность заряд-зарядового взаимодействия двух молекул PR₃. Предварительные расчеты позволяют предположить, что в производных азота, мышьяка и сурьмы будет реализовываться аналогичное взаимодействие.

Было обнаружено, что введение в молекулу электроноакцепторной группы, перпендикулярной оси, связывающей ядра атомов фосфора, ослабляет взаимодействие, в то время как электронодонорная группа ответственна за упрочнение межмолекулярного взаимодействия нового типа, однако исследователи заявляют, что они изучили еще недостаточное количество соединений, чтобы говорить об однозначных тенденциях.

Специалист по теоретической химии из Университета Вюрцбурга Бернд Энгельс (Bernd Engels) говорит о том, что коллеги из Лейпцига получили весьма интересные результаты – такой тип взаимодействия очевидно нельзя было назвать ожидаемым. Он добавляет, что, хотя пока еще рано говорить о том, какие практические задачи можно будет решать с привлечением нового типа взаимодействия, но новый эффект интересен в рамках фундаментальных исследований.

Тем не менее, исследователи отмечают, что новый тип взаимодействий может использоваться вместо водородных связей для организации супрамолекулярных структур, например, молекулярных машин. Хей-Хокинс утверждает, что применение фосфора в качестве строительного блока позволит построить системы настолько же прочные, насколько прочны системы, основанные на водородных связях, но, в случае фосфора, появляется возможность регулирования прочности супрамолекулярных архитектур ха счет варьирования электронодоноров и электроноакцепторов в составе PR₃.

Источник: Chem. Eur. J., 2011, DOI: 10.1002/chem.201002146

метки статьи: #межмолекулярные взаимодействия, #молекулярные устройства, #неорганическая химия, #супрамолекулярная химия, #физическая химия, #элементоорганическая химия