Search

N-bromftalimid (nbf) pripada skupini N-halogenimida, komercijalno dostupnih i jeftinih spojeva koji se najčešće koriste kao sredstva za halogeniranje u organskoj sintezi. Kako su atomi halogena u tim spojevima iznimno polarizirani, oni predstavljaju novu grupu potencijalno vrlo jakih donora halogenske veze te s akceptorima koji sadrže atome dušika i kisika stvaraju izrazito snažne i gotovo linearne halogenske veze preko robustnog sintona halogenske veze (CO)2N–X∙∙∙N, gdje X može biti atom broma ili joda. U ovom radu izučavana je kokristalizacija N-bromftalimida tekućinom potpomognutom mehanokemijskom sintezom i tradicionalnom sintezom iz otopine. Kao akceptori halogenske veze, odabrani su 2-klorpiridin (2Clpy) i 2-brompiridin (2Brpy). Sa stajališta kristalnog inženjerstva, ti su koformeri zanimljivi zbog prisutnosti piridinskog atoma dušika kao potencijalno snažnog akceptora te atoma halogena kao donora druge halogenske veze. Strukturna analiza pokazala je da su dobiveni kokristali izostrukturni. U oba kokristala dominantna supramolekulska interakcija je halogenska veza između atoma broma N-bromftalimida i piridinskog atoma dušika, dok atom halogena piridinskog prstena sudjeluje u halogen-halogen kontaktima (tip I).

Donepezil (dpz) je farmakološki aktivna tvar, koja pripada skupini inhibitora acetilkolinesteraze i svoju primjenu nalazi u medicini.1 Sa stajališta kristalnog inženjerstva, dpz je zanimljiva molekula zbog prisutnosti funkcionalnih skupina koje mogu biti akceptori vodikove ili halogenske veze: kisikovi atomi metoksi i karbonilne skupine te dušikov atom piperidinilnog prstena. Cilj našeg rada bio je istražiti mogućnost priprave kokristala dpz-a s donorom halogenske veze. Mehanokemijskom sintezom potpomognutom otapalom i tradicionalnom sintezom iz otopine priređen je kokristal dpz-a s 1, 4-dijodotetrafluorobenzenom (tfib) u stehiometrijskom omjeru 1:2. Difrakcijom rentgenskog zračenja na jediničnom kristalu određena je molekulska i kristalna struktura kokristala, te su analizirani strukturni motivi i uspoređeni sa već poznatima u bazi podataka. U kristalnoj strukturi (dpz)(tfib)2, molekule dpz-a povezane su bifurkiranim C–H∙∙∙O vodikovim vezama te stvaraju R24(12) dimere. Dimeri su nadalje povezani u lance I∙∙∙O halogenskim vezama (d(I∙∙∙O) = 3, 24 Å, kut(C–I∙∙∙O) = 175 °) koje se ostvaruju između molekule tfib-a i karbonilnih kisikovih atoma molekula dpz-a. Tako stvoreni lanci su povezani u 3D strukturu pomoću molekula tfib-a koje premošćuju dva piperidinilna dušikova atoma (d(I∙∙∙N) = 2, 91 Å, kut(C–I∙∙∙N) = 175 °). Osim toga, na karbonilni kisikov atom halogenskom vezom (d(I∙∙∙O) = 2, 99 Å, kut(C–I∙∙∙O) = 178 °) vezana je još jedna molekula tfib-a koja ne premošćuje molekule dpz-a već popunjavanja prazan prostor uzrokovan konformacijskim promjenama dpz-a.

Halogenske veze međumolekulske su interakcije između Lewisove baze i parcijalno pozitivno nabijenog dijela atoma halogena vezanog za elektron-odvlačeću skupinu. Jakost halogenske veze jako ovisi o kemijskom okruženju unutar molekule za koju je atom halogena vezan.[1] Cilj ovog istraživanja bio je pronaći način kako kvalitativno okarakterizirati jakosti donora halogenske veze. U tu svrhu pripremili smo kokristale 4-benzoilpiridina (4bzpy) s oktafluor-1, 4-dijodbutanom (ofib) i N-bromsaharinom (nbSac). Kokristali su pripravljeni iz otopine i pomoću kapljevinom potpomognutog mljevenja te okarakterizirani difrakcijom rentgenskog zračenja na praškastom uzorku i monokristalu. U oba kokristala molekule su povezane halogenskim vezama X∙∙∙N između atoma halogena i piridinskog dušika. Udaljenost između atoma joda i atoma dušika u (4bzpy)(ofib) iznosi 2, 795 Å, što je 20, 8 % manje od zbroja odgovarajućih van der Waalsovih radijusa. Udaljenost između atoma broma i atoma dušika u (4bzpy)(nbSac) iznosi 2, 140 Å, što je značajno manje (37 %) od zbroja van der Waalsovih radijusa. Veza N–Br u molekuli nbSac u kokristalu je produljena za 0, 189 Å u odnosu na vezu u kristalu čistoga nbSac, što ukazuje na prijenos naboja između donora i akceptora halogenske veze te njen djelomičan kovalentni karakter. Kako bismo istražili jakosti donora halogenske veze u čvrstom stanju pripravljeni su, uz navedene, i kokristali 4-benzoilpiridina s N-bromftalimidom (nbp), N-bromsukcinimidom (nbs) i N-jodsukcinimidom (nis) te podvrgnuti kapljevinom potpomognutom mljevenju s ostalim donorima halogenske veze. Pripravljene krutine okarakterizirali smo difrakcijom rentgenskog zračenja na praškastom uzorku te smo dobivene difraktograme usporedili s difraktogramima čistih kokristala kako bismo odredili je li došlo do izmjene donorâ. Dobivene rezultate iskoristili smo kako bismo odredili hijerarhiju jakosti donorâ halogenske veze, koja je zatim uspoređena s onom predviđenom duljinama halogenskih veza, izračunatih iz strukture kokristala, i hijerarhijom dobivenom uspoređivanjem energija halogenskih veza, izračunatim kvantnokemijskim metodama (counterpoise uz DFT).

N-bromsukcinimid (nbs) je komercijalno dostupan i jeftin spoj koji se često koristi kao sredstvo za bromiranje u organskoj sintezi. Budući da posjeduje iznimno polarizirani atom broma, nbs je potencijalno snažan donor halogenske veze. Cilj ovog rada bio je istražiti mogućnost priprave kokristala nbs-a sa sljedećim akceptorima halogenske veze : 2-brompiridin (2Brpy), 2-metilpiridin (2Mepy) i 3-metilpiridin (3Mepy). Sintezom iz otopine priređena su tri kokristala čije su molekulske i kristalne strukture određene difrakcijom rentgenskog zračenja na jediničnim kristalima. U sva tri kokristala molekule su povezane halogenskom vezom Br∙∙∙N između atoma broma nbs-a i piridinskog dušika. Izmjerene udaljenosti Br∙∙∙N u pripravljenim kokristalima bitno su kraće od sume van der Waalsovih polumjera broma (1.85 Å) i dušika (1.55 Å) iz čega se može zaključiti da se radi o vrlo jakim međumolekulskim interakcijama. U kristalnoj strukturi (nbs)(2Brpy) diskretni 1:1 kompleksi vezani halogenskom vezom tvore 3D mreže povezane C–H∙∙∙O vodikovim vezama. U kristalnoj strukturi (nbs)(2MePy) diskretni 1:1 kompleksi vezani halogenskom vezom tvore 3D mreže povezane C–H∙∙∙O i C–H∙∙∙C vodikovim vezama. Također, halogenska veza u molekularnom kompleksu dodatno je potpomognuta vodikovom vezom C–H∙∙∙Br između metilne skupine piridina i atoma broma nbs-a. Kokristal (nbs)2(3Mepy) otkriva dvije vrste halogenske veze : Br∙∙∙N halogensku vezu između molekula nbs-a i piridina, te Br∙∙∙O interakciju između dviju susjednih molekula nbs-a. U kristalnoj strukturi (nbs)2(3MePy) diskretni kompleksi tvore 2D mreže povezane C–H∙∙∙O vodikovim vezama. Nadalje, 2D mreže se slažu u slojeve koji su dodatno stabilizirani C∙∙∙Br kontaktima između molekula nbs-a u susjednim ravninama.

Jake supramolekulske interakcije kratkog dosega (npr. vodikova i halogenska veza) igraju glavnu ulogu u kristalnom pakiranju te su stoga od velike važnosti za kristalno inženjerstvo. [1] Iako stabilnost kristala ne ovisi samo o njima, razlike u energijama ovih interakcija najčešće su dovoljan pokazatelj koja od njih (u slučaju kompeticije) će se pojaviti u kristalu. Međutim, energije vodikovih i halogenskih veza opaženih u kristalima ispitane su gotovo isključivo in vacuo, pri tom zanemarujući utjecaj okoline u kristalu na dotičnu interakciju i njenu energiju. U ovom radu sintetiziran je kokristal 1, 4-dijodtetrafluorbenzena (TFIB) i imina izvedenog iz p-fenilendiamina i piridin-3-karboksialdehida (PDAPCA) te su mu molekulska i kristalna struktura određene metodom difrakcije rentgenskih zraka na jediničnom kristalu. Kristalizira u prostornoj grupi P-1 s jednom formulskom jedinkom u jediničnoj ćeliji. Molekule TFIB-a i imina u ovom kokristalu naizmjenično su povezane u lance C–I∙∙∙N halogenskim vezama (d(N∙∙∙I)=2.897 Å, kut(C–I∙∙∙N)=173.64°). Koristeći funkcional elektronske gustoće CAM-B3LYP, [2] izračunata je energija opažene C–I∙∙∙N halogenske veze in vacuo i u pripravljenom kokristalu. Izračun energije u čvrstom stanju napravljen je tako da su postupno dodavane susjedne molekule TFIB-a i PDAPCA u lancu oko promatrane supramolekule. Nakon što su četiri molekule dodane u lanac sa svake strane promatrane supramolekule, energija halogenske veze se ustalila te je razlika energije halogenske veze u plinskoj fazi i u čvrstom stanju iznosila 4, 14 kJ/mol. Ovaj rezultat pokazuje da se utjecaj okoline u kristalu na supramolekulsku interakciju ne smije zanemariti jer, s aspekta kristalnog inženjerstva, može promijeniti relativan odnos jakosti interakcija te usmjeriti kristalno pakiranje u neočekivanom smjeru (s obzirom na in vacuo izračune).