پیوندهای هالوژنی در ملکولهای دارای si-x و ge-x (x=f, cl, br)

پیوندهای غیرکوالانسی مدلی از برهم کنش های درون ملکولی و بین ملکولی هستند که به دلیل نیروهای الکتروستاتیک و نیروهای لاندنی میان اتم های مختلف بوجود می آیند. پیوند هالوژنی به برهم کنش میان اتم هالوژن و گونه ی الکترون دهنده نسبت داده می شود. این واقعیت که هم اتم هالوژن و هم گونه ی الکترون دهنده دارای بار منفی هستند، برهم کنش های میان این دو بار منفی را چالش برانگیز کرده است. دو مفهوم "حفره ی سیگمای مثبت" و "لاپلاسین چگالی الکترونی" از جمله دیدگاه های مهم برای تفسیر پیوند هالوژنی می-باشند. که هر کدام، از روش های متفاوتی برای پیش بینی و تفسیر تشکیل پیوند هالوژنی استفاده می کنند. در این طرح پژوهشی ما به بررسی توانایی تشکیل پیوند هالوژنی در ملکول های mh3x و mf3x می پردازیم که m=c,si,ge و x=f,cl,br می باشند و آنها را از دو دیدگاه مذکور مورد بررسی قرار داده و نشان می دهیم که لاپلاسین چگالی الکترونی نیز ابزار مفیدی برای پیش بینی توانایی یک هالوژن برای تشکیل این پیوند است. برای ملکول هایی نظیر geh3cl ,ch3cl و geh3br پتانسیل الکتروستاتیک پالیتزر یک سطح کاملا منفی را برای اتم های cl و br به دست می آورد و نتیجه می گیرد که این اتم ها به علت فقدان حفره ی سیگمای مثبت مثبت توانایی تشکیل پیوند هالوژنی را ندارند. درحالیکه لاپلاسین چگالی الکترونی با تشخیص حفره روی لایه ی ظرفیت تمرکز بار (vscc) cl و br این اتم ها را مستعد تشکیل پیوند هالوژنی با اتم دهنده الکترون می داند و تشکیل کمپلکس های پایدارgeh3cl…nch ch3cl…nch و geh3br…nch دال بر صحت این پیش بینی می باشند. با توجه به اینکه نشان داده اند در ملکول های دارای c-x ممان چهارقطبی اتم های هالوژن مسـول اصلی برهم کنش آنها با اتم الکترون دهنده می باشند ما نیز تاثیر ویژگی های الکتروستاتیکی اتم هالوژن را بر تشکیل پیوند هالوژنی مورد بررسی قرار داده و نشان می دهیم در موارد دارای si-x و ge-x ممان چهارقطبی نقش موثری ندارد. اتم هالوژنی که در تشکیل پیوند هالوژنی شرکت می کند با پیوند کوالانسی به اتم دیگری متصل است که آن را به صورت r-x…b نشان می دهند. ماهیت و نوع r تاثیر زیادی بر پیوند هالوژنی تشکیل شده بوسیله ی x دارد. در این طرح با بهره گیری از نظریه ی کوانتومی اتم ها در ملکول ها (qtaim) به بررسی اثر rهای مختلف بر پیوند هالوژنی خواهیم پرداخت. در اینجا به بررسی ملکول های mh3x (m=c, si, ge and x=f, cl, br) می باشند. در ابتدا به بررسی توانایی تشکیل پیوند هالوژنی توسط اتم های کلر در ملکول های sih3cl, ch3cl و geh3cl، همچنین ملکول های sih3br, ch3br و geh3br و ملکول های mf3x و ملکول های fcmx و hcmx (m=c, si, ge and x=cl, br ) پرداختیم. از نقطه نظر لاپلاسین چگالی الکترونی اتم های cl و br در ملکول های ch3cl، geh3br و geh3cl به دلیل وجود حفره در vscc خود و در امتداد پیوند کوالانسی با اتم های c و ge توانایی تشکیل پیوند هالوژنی با گونه ی الکترون دهنده مثل n را دارند. اما براساس پتانسیل الکتروستاتیک، پالیتزر و همکارانش یک سطح کاملا منفی را برای این اتم ها نشان داده اند و نتیجه می گیرند برم و کلر در این ملکول ها به دلیل نداشتن حفره ی سیگمای مثبت قادر به تشکیل پیوند هالوژنی نمی باشند. با توجه به تشکیل کمپلکس های ch3cl…nh3 و geh3br…nch که صحت پیش بینی از دیدگاه لاپلاسین چگالی الکترونی را تایید می کنند می توان نتیجه گرفت لاپلاسین چگالی الکترونی ابزار بهتری برای پیش بینی و تفسیر تشکیل پیوند هالوژنی می باشد. براین اساس می توان پیوند هالوژنی را به صورت برهم کنش میان حفره ی موجو در vscc اتم هالوژن و توده ی موجود در vscc اتم الکترون دهنده دانست. ما همچنین تاثیر ویژگی های الکتروستاتیکی اتم هالوژن را بر روی پیوند هالوژنی در تمام ملکول های مذکور مورد بررسی قرار دادیم. با توجه به تشکیل کمپلکس های پایدار f3sibr…nch، f3sicl…nch و hcsicl…nch و تمرکز بر روی ویژگی های الکتروستاتیکی اتم si دریافتیم اتم های br و cl تحت تاثیر بار مثبت و بالای روی si پیوند هالوژنی تشکیل می دهند که پایداری بیش از دو برابر کمپلکس های f3brsi…nch و f3clsi…nch نسبت به f3sibr…nch و f3sicl…nch این موضوع را تایید می کنند. همچنین نشان دادیم ماهیت و نوع گروه متصل به اتم هالوژن تاثیر قابل توجهی روی توزیع بار این اتم و ویژگی های الکتروستاتیکی آن و در نتیجه تمایل این اتم برای تشکیل پیوند هالوژنی می گذارد. به این صورت که با جایگزین کردن اتم هیدروژن با فلوئور، در ملکول های mf3x و fcmx باعث کاهش گشتاور دوقطبی و چهارقطبی اتم هالوژن و منفی تر شدن بار روی این اتم می شود که در نهایت موجب منفی تر شدن پتانسیل الکتروستاتیک اتم هالوژن و کاهش تمایل آن برای تشکیل پیوند هالوژنی خواهد شد که نتایج ان را می توان در کاهش انرژی پایداری هنگام تشکیل کمپلکس با ملکول hcn مشاهده نمود.