Interacció catión-π

La interacció catión-π és una interacció molecular no covalente entre la cara d'un sistema pi ric en electrons (vg. benceno, etileno) en un catión adjacent (vg. Li⁺, Na⁺). Esta interacció inusual és un eixemple d'enllaç no covalente entre un monopol (catión) i un cuadrupolo (sistema π). L'energia de l'interacció catión-π és del mateix orde de magnitut del enllaç d'hidrogen o del pont salino, i juga un rol important en el reconeiximent molecular.^[1]

.

Orige de l'Efecte

El benceno, sistema π modele, no té un moment dipolar permanent, puix les contribucions dels enllaços carbono-hidrogen débilment polars es cancelen per la simetria molecular. No obstant, el sistema π ric en electrons sobre i baix de l'anell de benceno implica una càrrega negativa parcial. Com contrabalance, hi ha càrrega positiva associada en el pla a on yacer tots els àtoms d'hidrogen, en lo que resulta un cuadrupolo elèctric (un parell de dipols, que no es cancelen entre sí). El sistema π carregat negativament pot interactuar favorablement en els ions carregats positivament.

Factors que influïxen en la força de l'interacció catión-π

L'interacció catión-π és comparable en força a l'enllaç d'hidrogen i pot, en alguns casos, ser una força intermolecular decisiva. Alguns criteris influïxen en la força de l'enllaç: la naturalea del catión, els sustituyentes en el sistema π, aixina com el solvent.

Naturalea del catión

A partir de simples consideracions electrostàticas, (llei de Coulomb), els cationes menuts i en major càrrega positiva conduïxen a atraccions electrostàtiques més fortes. La següent taula mostra una série de canvis en l'energia lliure de Gibbs per a l'interacció del benceno en alguns metals alcalinos en la fase gaseosa.^[2] L'influència del radi iònic, $r_{i o n}$ , és evident.

M⁺ Li⁺ Na⁺ K⁺ Rb⁺

- $Δ$ G [kcal/mol] 38 27 19 16

$r_{i o n}$ [pm] 76 102 138 152

Archiu:Cation-pi interaction substituent effect.png

Energia d'enllaç (en kcal/mol) para Na⁺ a benceno en alguns sustituyentes.^[3]

Sustituyentes en el sistema π

Les propietats electròniques dels sustituyentes en el sistema π també estan eixercixen influència en la força de l'atracció. Els grups que atrauen electrons (vg. ciano -CN) disminuïxen la densitat de càrrega negativa en el sistema π, en lo que debiliten l'interacció. Pel contrari, els grups que lliberen electrons (vg. amino -NH₂) incrementen la separació de la càrrega del cuadrupolo i enfortixen l'unió catión-π. Esta relació està ilustratada cuantitativamente al marge, en alguns sustituyentes.

Influència del solvent

Adicionalment, la naturalea del solvent també determina la força relativa de l'enllaç. La major part de l'informació sobre l'interacció catión-π s'adquirix en la fase gaseosa, ya que l'atracció és més pronunciada en este cas. Qualsevol molècula de solvent que intermedie atenuarà l'efecte, la que es fa menor en l'aument de la polaridad del solvent.

Archiu:Acetylcholine-tryptophane cation-pi interaction.png

l'acetilcolina catiónica s'unix a un residu de triptófano del receptor d'acetilcolina nicotinamida via un efecte catión-π.

Referències

↑ Eric V. Anslyn, Dennis A. Dougherty (2004). Modern Physical Organic Chemistry, University Science Books. ISBN 9-78-891389-31-3
↑ J. C. Amicangelo, and P. B. Armentrout(2000).J. Phys. Chem. A.104(48)
11420.doi:10.1021/jp002652f.
↑ S. Mecozzi, A. P. West, and D. A. Dougherty(1996).JACS.118(9)
2307.doi:10.1021/ja9539608.

Este artícul conté una traducció derivada de «Interacción catión-π» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

[1] Eric V. Anslyn, Dennis A. Dougherty (2004). Modern Physical Organic Chemistry, University Science Books. ISBN 9-78-891389-31-3

[2] J. C. Amicangelo, and P. B. Armentrout(2000).J. Phys. Chem. A.104(48)
11420.doi:10.1021/jp002652f.

[3] S. Mecozzi, A. P. West, and D. A. Dougherty(1996).JACS.118(9)
2307.doi:10.1021/ja9539608.

[1]

[2]

[3]