フッ素とハロゲン結合はあるか

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ハロゲン結合はハロゲン原子を電子受容体とした非共有結合のことであります。 水素結合と比較することができる。 ハロゲン原子Xは電子吸引基Aに結合し、他の分子Dから電子密度を受け入れ、複合体A-X- -Dを形成する。

水素結合と異なり、ハロゲン結合は方向性があり、通常180°の角度を示す。 これはハロゲン原子の電荷分布が異方的であるためです(上図左参照)。 A-X結合の方向はσ-ホールと呼ばれる電子密度が低いため、ハロゲンが電子受容体として働くことができるのです。 フッ素は他のハロゲンとは異なり、一般的にσ-ホールを持たない。

これらの相互作用が「従来の」ハロゲン結合に分類されるかどうかを明らかにするために、イランのイスファハン工科大学の Kiamars Eskandari と Mina Lesani は、F2、FCN、C2F2 といった含フッ素分子がアンモニアを電子供与体として形成する化合物について計算を行いました。 彼らはこれらの錯体を類似の塩素および臭素化合物と比較しました。

この研究により、他のハロゲンとは異なり、フッ素は A-F 錯体において球状の電荷分布を持ち(上の写真の右を参照)、錯体は F- -N 結合距離がファンデルワールス半径の合計より大きくなることがわかりました。 研究者らはQTAIM計算(Quantum Theory of Atoms in Molecules)を用いて、フッ素-窒素相互作用の大部分が、従来のハロゲン結合とは電子的に全く異なるものであることを明らかにした。 研究チームは、このような違いから、この相互作用を「ハロゲン結合」ではなく、別個の「フッ素結合」として分類することを提案しています。

  • Does Fluorine Participate in Halogen Bonding? Eur. J. 2015.
    DOI: 10.1002/chem.201405054

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