环状分子M(IX)4 (M=Li , Na , Be2 , Mg2 ; X=SH, F, OH, NH2)中卤键的理论研究文献综述

 2022-07-18 07:07

环状分子M(IX)4 (M=Li , Na , Be2 , Mg2 ; X=SH, F, OH, NH2)中卤键的理论研究

摘 要

卤键是一种非共价分子间相互作用，和氢键类似。卤素键作为一种特殊的弱相互作用，在一些晶体工程、高附加值材料、药物的设计、材料工程以及生物科学等多个领域中都有应用。协同作用作为卤键的主要特征之一，吸引了大量的研究人员。卤键合体系(R-X，Y-Z)n(nge;3)中存在几个相同或不同的弱相互作用，具有多重协同效应。这引起了许多理论化学家和实验化学家的注意。研究含卤体系不仅具有重要的理论价值，而且具有重要的现实意义。

关键词：卤键，非共价键，分子间相互作用，协同作用

1 绪论

    1. 卤键的概述

虽然人们很早的就发现了卤键，但是很少有人研究其相关体系。Legonm[1]最早给出了卤键的完整概念，通常在一个含卤键的体系R-X中，X为卤原子或者吸电子基团，原子R表现出的是较强的电负性的特点。氢键是在相同或不同类型的分子之间形成的，卤键与氢键有许多相似之处，卤键也具有相似的性质。2013 年，根据相关的理论研究，International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)对于卤键给出了相关的定义：含卤键的体系M-Xhellip;Y-Z中X是具有亲电性的卤族原子与位于IVA、VA、VIA族中带电荷离子、中性分子、或者自由基的Y-N，之间存在的相互作用。即卤键出现在卤原子和与其相结合的分子或基团的富电中心之间，通过静电作用形成的特殊的弱相互作用[2]。研究表明，路易斯酸与路易斯碱之间的相互作用也能形成卤键。随着化学中卤键定义的逐步完善，卤素的理论基础为科研人员提供了许多帮助，更有利于合成更多含卤素键系。

一般来说，卤键的性质与氢键相似。对于卤键的相互作用强度，卤键的强度与卤素原子的原子序数成正比。一般情况下，卤族元素中的碘原子序数较大，含碘元素体系中的卤键的强度较强。由电负性大、半径小的氟原子组成的体系中的卤键非常弱。较强的卤键通常是氟与碱结合时形成的，具有较强的电子吸附能力。强吸电子基团会增强卤键的强度，而强供电子基团会削弱卤键的强度。卤键分为传统卤键与非传统卤键。

    1. 卤键的协同作用

在含卤键的体系(R-X，Y-Z)n(nge;3)中存在着几个相同或者不相同弱相互作用，它们之间有着多重协同作用。协同性通常可以表现为正、负协同作用两种[3]。弱键相互作用强度在弱相互作用复杂系统中发生正协同时与n呈正相关(nge;3)相反，所研究分子系统的负协同强度与n呈负相关，即负协同强度随n的增加而减小。协同能的计算方程如下:

△E(ABC)=E(ABC)-E(B)-E(C)
△E(AB)=E(AB)-E(A)-E(B)
△E(BC)=E(BC)-E(B)-E(C)

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