Поверхность Хиршфельда
Поверхность Хиршфельда — математическое понятие, описывающее характер взаимодействия молекул (в том числе заряженных молекул и сложных многоатомных ионов) между собой, в отличие от химических связей, описывающих взаимодействие внутри молекул. Один из современных подходов, используемых для описания молекул в современной кристаллографии.
Данный подход представляет собой попытку выйти за рамки существующей парадигмы — межъядерных расстояний и углов, диаграмм упаковки кристаллов с молекулами, представленными с помощью различных моделей, и идентификация тесных контактов, которые считаются важными, а рассматривать молекулы как «органическое целое», тем самым принципиально заменив обсуждения частных межмолекулярных взаимодействий (включая силы Ван-дер-Ваальса, водородные связи, пи-стэкинг, дисперсионные силы и др.) на беспристрастную идентификацию и количественную оценку совокупности всех коротких контактов (сохранив возможность разделения этих взаимодействий по их типам). Особое значение такой подход может иметь для биомолекул. Доступное описание метода приведено в учебнике[1].
Поверхность Хиршфельда (ПХ) возникла в результате попытки определить пространство, занимаемое молекулой в кристалле, с целью разделения электронной плотности кристалла на молекулярные фрагменты[2]. Поверхности Хиршфельда были названы в честь Ф. Л. Хиршфельда. Оригинальная статья Хиршфельда об этом разделении на сегодняшний день привлекла около 800 ссылок, из них более 75 % — за последние пять лет. Он предложил схему разделения электронной плотности в кристалле и весовую функцию для каждого атома в молекуле[3].
В настоящее время для расчёта поверхности Хиршфельда используется программа CrystalExplorer [1].
Некоторые примеры применения поверхности Хиршфельда [2][4][5]. Для сравнительно простых молекул поверхность Хиршфельда может быть сгенерирована прямо на сайте журнала Acta Crystallographica Sec.E — Crystallographic Communications, например для катиона морфолиния, пройдя на страницу оригинальной статьи[6] , при нажатии на панели слева кнопки 3D-view, попадаешь на страницу, где имеется опция «сгенерировать поверхность Хиршфельда» и, после выделения желаемого фрагмента, получается следующее изображение:
В программе CrystalExplorer имеется возможность оценить вклады различных видов взаимодействия (стэкинг, водородные связи, вандерваальсовы, дисперсионное и др.) в общий баланс межмолекулярных взаимодействий в рассматриваемой молекуле, или проследить их изменение в ряду молекул. В последнее время в кристаллохимических статьях использование поверхности Хиршвельда стало важным элементом заключительной части исследования.
Примечания править
- ↑ Афанасьев А.В., Белова Е.В., Герман К.Э., Новиков А.П. Номенклатура, электронное строение органических соединений и новые подходы к оценке их реакционной способности. — M.: Издательский дом "Граница", 2022. — С. 89—109. — 110 с. — ISBN 978-5-9933-0408-3. Архивировано 17 февраля 2023 года.
- ↑ Mark A. Spackman, Dylan Jayatilaka. Hirshfeld surface analysis (англ.) // CrystEngComm. — 2009-01-07. — Vol. 11, iss. 1. — P. 19–32. — ISSN 1466-8033. — doi:10.1039/B818330A. Архивировано 18 февраля 2023 года.
- ↑ F. L. Hirshfeld. Bonded-atom fragments for describing molecular charge densities (англ.) // Theoretica chimica acta. — 1977-06-01. — Vol. 44, iss. 2. — P. 129–138. — ISSN 1432-2234. — doi:10.1007/BF00549096.
- ↑ A. P. Novikov, A. A. Bezdomnikov, M. S. Grigoriev, K. E. German. Synthesis, crystal structure and Hirshfeld surface analysis of 2-(perfluorophenyl)acetamide in comparison with some related compounds (англ.) // Acta Crystallographica Section E: Crystallographic Communications. — 2022-01-01. — Vol. 78, iss. 1. — P. 80–83. — ISSN 2056-9890. — doi:10.1107/S2056989021013359. Архивировано 18 февраля 2023 года.
- ↑ Anton Petrovich Novikov, Mikhail Alexandrovich Volkov, Alexey Vladimirovich Safonov, Mikhail Semenovich Grigoriev. Synthesis, Crystal Structure, and Hirshfeld Surface Analysis of Hexachloroplatinate and Tetraclorouranylate of 3-Carboxypyridinium—Halogen Bonds and π-Interactions vs. Hydrogen Bonds (англ.) // Crystals. — 2022-02. — Vol. 12, iss. 2. — P. 271. — ISSN 2073-4352. — doi:10.3390/cryst12020271. Архивировано 18 февраля 2023 года.
- ↑ Mikhail S. Grigoriev, Konstantin E. German and Alesia Ya. Maruk. Morpholinium perchlorate (англ.) // Acta Cryst. Sec. E - Crystallographic Communications : журнал. — 2008. — February (vol. 64, no. 2). — P. o390. — ISSN = 2056-9890 issn = 2056-9890. Архивировано 24 февраля 2023 года.