พันธะแฮโลเจนที่เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลของไอโอโดคลอไรด์และโมเลกุลเอมีน แสดงด้วยเส้นประ
**พันธะแฮโลเจน** (อังกฤษ: Halogen bond) เป็นอันตรกิริยานอนโคเวเลนต์ (noncovalent interactions) ชนิดหนึ่ง ที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมของธาตุแฮโลเจนที่มีสมบัติเป็นกรดลิวอิส (lewis acid) กับอะตอมที่มีสมบัติเป็นเบสลิวอิส (Lewis Base) และจะเกิดขึ้นเมื่ออะตอมของธาตุแฮโลเจนเป็นอิเล็กโตรไฟล์ (electrophile) เท่านั้น

นิยามโดย IUPAC
--------------

พันธะแฮโลเจน R−X···Y−Z เกิดขึ้นเมื่อมีหลักฐานการปรากฏของอันตรกิริยาแบบดึงดูดโดยสุทธิระหว่างบริเวณที่เป็นอิเล็กโตรไฟล์ (electrophilic region หมายถึง บริเวณที่มีอิเล็กตรอนเบาบาง) บนอะตอมของธาตุแฮโลเจน X กับส่วนของโมเลกุล R-X (เมื่อ R สามารถเป็นอะตอมชนิดอื่นรวมทั้งอะตอม X หรือกลุ่มของอะตอมอื่นๆ) และบริเวณที่เป็นนิวคลีโอไฟล์ (nucleophilic region หมายถึง บริเวณที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนมาก) ของโมเลกุลหรือส่วนของโมเลกุล (molecular fragment) Y-Z

การเปรียบเทียบระหว่างพันธะแฮโลเจนและพันธะไฮโดรเจน
-------------------------------------------------

พันธะไฮโดรเจนและพันธะแฮโลเจนแสดงโดยเส้นประ

  

{\displaystyle \mathrm {1)\ D\cdots H{-}A} }
{\displaystyle \mathrm {2)\ Z{-}Y\cdots X{-}R} }

  

1. พันธะไฮโดรเจน
2. พันธะแฮโลเจน

ในกรณีของพันธะไฮโดรเจน อะตอมผู้ให้ (donor; D) คือ อะตอม กลุ่มของอะตอม หรือโมเลกุลที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนมากและสามารถสร้างอันตรกิริยาแบบดึงดูด (attractive interaction) กับอะตอมของไฮโดรเจนที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนต่ำได้ โดยอะตอมของไฮโดรเจนต้องมีการสร้างเกิดพันธะกับอะตอม A ที่มีความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนสูง เช่นเดียวกันกับในกรณีของพันธะแฮโลเจน อะตอม กลุ่มอะตอม หรือโมเลกุล R มีความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนสูง ทำให้อะตอมของแฮโลเจน X มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนต่ำหรือมีเป็นบริเวณที่เป็นอิเล็กโตรไฟล์ ทำให้เกิดอันตรกิริยาแบบดึงดูดกับอะตอม Y ซึ่งมีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงได้

ข้อสังเกต
---------

ข้อสังเกตที่สำคัญเมื่อมีพันธะแฮโลเจนเกิดขึ้นเสนอขึ้นโดยนักผลิกศาสตร์ โคตะมะ เทสิราช (Gautam R. Desiraju) และคณะ ดังนี้

ในสารเชิงซ้อนที่มีพันธะแฮโลเจน R–X···Y–Z:

* ระยะทางระหว่างอะตอมแฮโลเจนผู้ให้ (donor halogen atom) และอะตอมผู้รับ (acceptor atom) Y มีแนวโน้มที่จะมีค่าน้อยกว่าผลรวมของรัสมีแวนเดอร์วาลส์ของอะตอม X และอะตอม Y

* มุม R-X···Y มีแนวโน้มที่จะเป็นมุมตรง (180°) อะตอมของธาตุแฮโลเจน X มีแนวโน้มที่จะจัดวางตัวในทิศทางของแกนของอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว n (n-lone pair) บนอะตอม Y หรือคู่อิเล็กตรอนในพันธะไพ (π-bond electron pair)ใน Y-Z

* โดยปกติแล้วความยาวของพันธะโคเวเลนต์ R-X จะเพิ่มขึ้น

* ความแข็งแรงของพันธะแฮโลเจนจะลดลงเมื่อค่าอิเล็กโตรเนกาทิวิตีของอะตอม X เพิ่มขึ้น และเมื่อความสามารถในการดึงอิเล็กตรอนของอะตอมหรือกลุ่มอะตอม R ลดลง

* แรงโดยเบื้องต้นที่มีส่วนในเกิดขึ้นในการของพันธะแฮโลเจน คือ แรงไฟฟ้าสถิต (electrostatic force) (ที่ประกอบด้วยการโพลาไรเซชัน) และแรงแพร่กระจาย (dispersion) และแรงอื่นๆ โดยอาจแตกต่างกันแล้วแต่กรณี

* การวิเคราะห์ทอพอโลจีของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนมักจะแสดงวิถีของการเชื่อมต่อพันธะที่เชื่อมระหว่างอะตอม X และอะตอม Y และจุดวิกฤติของพันธะ (bond critical point)ระหว่างอะตอม X และอะตอม Y

* มีรูปแบบการสั่น (vibrational modes) แบบใหม่จากการเกิดพันธะ X···Y เกิดขึ้นและมีการเปลี่ยนแปลงการดูดกลืนรังสีอิฟราเรด (infrared absorption) และการดูดกลืนรามาน (Rraman absorption)ของ R-X และ Y-Z เกิดขึ้น

* โดยปกติแล้วพันธะแฮโลเจน X···Y จะทำให้เกิดการเลื่อนไปทางน้ำเงิน (blue shift) อย่างเป็นเอกลักษณ์ในสเปกตรัมยูวี-วิสิเบิลของอะตอมผู้ให้พันธะแฮโลเจน

* โดยปกติแล้วพันธะแฮโลเจน X···Y จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างเป็นเอกลักษณ์ในสัญญาณนิวเคลียร์แมนเนติกเรโซแนนซ์ของ R-X และ Y-Z

* อะตอมแฮโลเจน X อาจมีส่วนร่วมในพันธะแฮโลเจนมากกว่าหนึ่งพันธะ

* พันธะแฮโลเจนอาจมีส่วนร่วมในการเกิดปฏิกิริยาการถ่ายโอนแฮโลเจน (halogen transfer reactions)หรือในปรากฏการณ์ที่ว่องไวต่อปฏิกิริยาอื่นๆ

ประโยชน์
--------

พันธะแฮโลเจนกำลังเป็นที่สนใจของนักวิทยาศาสตร์สาขาผลิกศาสตร์โดยเฉพาะการออกแบบโครงสร้างผลึก ซึ่งพันธะแฮโลเจนได้ถูกใช้เป็นเครื่องมือในระดับโมเลกุลในการสร้างโครงสร้างผลึกให้มีสมบัติตามที่ออกแบบไว้ และยังพบพันธะชนิดนี้ในสารชีวโมเลกุลขนาดใหญ่อีกด้วย อย่างไรก็ตาม พันธะแฮโลเจนยังถือว่าเป็นอันตรกิริยาในระดับโมเลกุลที่ใหม่และยังไม่เป็นที่รู้จักอย่างแพร่หลายนัก

  

พันธะแฮโลเจนที่เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุล (แสดงโดยเส้นประ) และทำให้เกิดช่องว่างภายในโครงสร้างซึ่งเป็นตัวอย่างการใช้ประโยชน์ในการออกแบบโครงสร้างผลึก

ดูเพิ่ม
-------

* พันธะไอออนิก
* พันธะโคเวเลนต์
* พันธะโลหะ
* พันธะเคมี
* อันดับพันธะ
* พลังงานพันธะ

อ้างอิง
-------

* **DEFINITION OF THE HALOGEN BOND**. Recommendation submitted by the IUPAC task group (2009-032-1-100) Gautam R. Desiraju, et al. เก็บถาวร 2012-09-23 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน