칼코젠 결합: 원자 크기 및 질소 혼성 궤도 조절

칼코젠 결합(ChB)은 16족 원소가 친전자성 부위로 작용하는 시그마-홀 상호작용의 일종으로, 다양한 화학 및 생물학 시스템에서 중요한 역할을 하여 최근 많은 관심을 받고 있습니다. 그러나 칼코젠 원자 크기와 질소 원자의 혼성 궤도 상태가 칼코젠-질소(Ch···N) 상호작용의 특성과 강도에 미치는 복합적인 영향은 아직 충분히 탐구되지 않았습니다. 본 연구에서는 양자 화학 계산을 통해 2,2,4,4-테트라플루오로-1,3-다이칼코제테인(C2F4Ch2, Ch = S, Se, Te, Po)과 다양한 혼성 패턴(sp-NCH, sp2-NH═CH2, sp2-피리딘, sp3-NH3)을 가진 질소 염기 사이에 형성되는 시그마-홀형 Ch···N 칼코젠 결합을 체계적으로 조사했습니다. 계산된 상호작용 에너지는 -16.8에서 -62.5 kJ/mol 범위였으며, 두 부분은 주로 Ch···N 칼코젠 결합을 통해 결합되어 있었습니다. 이 ChB는 반데르발스 반경 합보다 약 12~29% 짧은 Ch···N 거리를 보이며 상당한 결합 수축을 나타냈습니다. 위상 분석 결과, 대부분의 Ch···N ChB는 비공유 폐쇄 껍질 특성을 보였지만, NH3, NH═CH2 또는 피리딘과의 복합체에서 Te/Po···N ChB는 부분적으로 공유 결합 특성을 나타냈습니다. Ch···N ChB 강도는 일반적으로 S < Se < Po < Te 순으로 증가했으며, 질소 염기 순서는 NCH (sp) < NH3 (sp3) < NH═CH2 (sp2) < 피리딘 (sp2)을 따랐습니다. 자연 결합 궤도(NBO) 분석은 Ch···N ChB와 관련된 주요 궤도 상호작용이 질소 비공유 전자쌍에서 σ*(C–Ch) 반결합 궤도로의 전하 이동임을 시사했습니다. 에너지 분해 분석은 정전기적 상호작용이 이러한 칼코젠 결합 복합체의 안정화에 가장 큰 인력 기여를 제공함을 밝혔습니다. 이러한 결과는 상호작용하는 파트너의 원자 및 전자 구조 조절을 통한 칼코젠 결합 상호작용의 조절 가능성에 대한 중요한 통찰력을 제공합니다.