พันธะแฮโลเจน

พันธะแฮโลเจน () 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

 พันธะไฮโดรเจน
 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

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. 

พันธะเคมี