Halogeenbinding

Halogeenbinding is een type niet-covalente interactie tussen een halogeenatoom dat covalent gebonden is aan een molecuul en een Lewis-base met elektronrijke sites, zoals een lone pair op zuurstof, stikstof of zwavel, of een pi-systeem. De interactie ontstaat doordat halogenen een sigma-hole vertonen: een positief geladen regio langs de verlenging van de covalente X–Y-binding vanwege de anisotrope verdeling van elektronen en de hoge polariseerbaarheid van de halogeen. Hierdoor kan het halogeen zich richten op de donor van elektronen en ontstaat een gerichte aantrekkingskracht.

De binding is grotendeels elektrostatisch met bijdragen van polarisatie en soms charge-transfer, en kenmerkt zich door een hoge directionality. De kracht van halogeenbinding vergroot met de polariseerbaarheid van het halogeen: Iodine heeft doorgaans de sterkste binding, gevolgd door broom en chloor; fluor vertoont meestal weinig sterke halogeenbinding vanwege beperkte polariseerbaarheid. Substituenten die elektronen uitputten versterken de sigma-hole en verhogen daardoor de bindingsterkte.

Toepassingen van halogeenbinding komen veel voor in kristallografie en materiaalwetenschappen, waar het wordt gebruikt voor kristalontwerp en supramoleculaire bouwstenen, in co-crystal engineering, katalyse en farmaceutische formuleringen waar co-crystallisatie de solubility of stabiliteit kan verbeteren. In vergelijking met waterstofbinding is halogeenbinding een vergelijkbaar niet-covalent contact, maar verloopt het tendentieel sterker langs de richting van de halogeenas en is het sterk afhankelijk van de halogeengroep en substituenten. Halogeenbinding is daarom een nuttig concept in chemie en material science voor het ontwerpen van georganiseerde structuren en functionele materialen.