تفاعل باي

في الكيمياء، تُعدّ تأثيرات باي أو تفاعلات باي نوعًا من التفاعلات غير التساهمية التي تشمل أنظمة باي . وكما هو الحال في التفاعل الكهروستاتيكي حيث تتفاعل منطقة ذات شحنة سالبة مع منطقة ذات شحنة موجبة، يمكن لنظام باي الغني بالإلكترونات أن يتفاعل مع فلز (كاتيوني أو متعادل)، أو أنيون، أو جزيء آخر، أو حتى نظام باي آخر. ^{[ 1 ]} وتُعدّ التفاعلات غير التساهمية التي تشمل أنظمة باي أساسيةً للعمليات البيولوجية، مثل التعرّف على الروابط بين البروتينات. ^{[ 2 ]}

تشمل أكثر أنواع تفاعلات π شيوعًا ما يلي:

• تفاعلات المعدن-π: تتضمن تفاعل معدن مع وجه نظام π، ويمكن أن يكون المعدن كاتيونًا (يُعرف بتفاعلات الكاتيون-π ) أو متعادلًا
• التفاعلات القطبية-π: تتضمن تفاعل جزيء قطبي وعزم رباعي الأقطاب لنظام π.

• التفاعلات العطرية-العطرية (تراص π): تتضمن تفاعلات الجزيئات العطرية مع بعضها البعض.
  • تفاعل الأرين-بيرفلوروأرين: تتفاعل حلقة البنزين الغنية بالإلكترونات مع سداسي فلوروبنزين الفقير بالإلكترونات .

• تفاعلات مانح-مستقبل π: التفاعل بين مدار فارغ منخفض الطاقة (مستقبل) ومدار ممتلئ عالي الطاقة (مانح).

• تفاعلات الأنيون مع نظام باي: تفاعل الأنيون مع نظام باي
• تفاعلات الكاتيون-π : تفاعل الكاتيون مع نظام π
• تفاعلات C–H–π: تفاعل CH مع نظام π: تمت دراسة هذه التفاعلات جيدًا باستخدام التقنيات التجريبية والحسابية. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

• أمثلة على تكديس باي
• 
  الفوليرين المرتبط في جزيء بوكي كاتشر من خلال تفاعلات التراص العطرية. ^{[ 8 ]}
• 
  تركيب ستودارت لـ [2] كاتينان...
• 
  يرتبط التاكرين بإنزيم أستيل كولين إستراز (PDB 1ACJ). ويُقترح وجود تفاعل تكديس باي بين التاكرين (الأزرق) وTrp84 (الأحمر).
• 
  التفاعل القطبي π بين جزيء الماء والبنزين
• 
  تكديس الأرين بيرفلوروأرين
• 
  منظر جانبي لجزء من البنية البلورية لملح نقل الشحنة هيكساميثيلين TTF /TCNQ، يبرز التراص المنفصل. ^{[ 9 ]}

يتكون الجرافيت من طبقات متراصة من الكربون المرتبط بروابط تساهمية. ^{[ 10 ] [ 11 ]} تُسمى الطبقات الفردية بالجرافين . في كل طبقة، ترتبط كل ذرة كربون بثلاث ذرات أخرى، مُشكلةً طبقة متصلة من سداسيات الكربون المرتبطة بروابط sp²، مثل ^شبكة قرص العسل، بطول رابطة يبلغ 0.142  نانومتر، والمسافة بين المستويات 0.335  نانومتر. ^{[ 12 ]}

التجميع فوق الجزيئي

${\displaystyle {\ce {\pi - \pi}}}$،${\displaystyle {\ce {CH-\pi}}}$و${\displaystyle {\ce {\pi -cation}}}$تُعد التفاعلات من الأنماط الشائعة في التجميع والتعرف فوق الجزيئي .

${\displaystyle {\ce {\pi-\pi}}}$يتعلق الأمر بالتفاعلات المباشرة بين نظامين π ؛ و${\displaystyle {\ce {cation-\pi}}}$ينشأ التفاعل من التفاعل الكهروستاتيكي بين الكاتيون وسطح نظام π . على عكس هذين التفاعلين، فإن${\displaystyle {\ce {CH-\pi}}}$ينشأ التفاعل بشكل رئيسي من انتقال الشحنة بين مدار C–H ونظام π .

تساهم أنظمة π في التجميع فوق الجزيئي . تتميز بعض الكاتينانات بتفاعلات π–π. يتمثل التحدي الرئيسي في تصنيع الكاتينان في ربط الجزيئات بطريقة مضبوطة. طور ستودارت وزملاؤه سلسلة من الأنظمة التي تستخدم تفاعلات π–π القوية بين مشتقات البنزين الغنية بالإلكترونات وحلقات البيريدينيوم الفقيرة بالإلكترونات. ^{[ 17 ]} تم تصنيع [2]كاتانين عن طريق تفاعل ثنائي (بيريدينيوم) ( A )، وثنائي بارافينيلين-34-كراون-10 ( B )، و1،4-ثنائي (بروموميثيل) بنزين ( C ) (الشكل 2). وجه تفاعل π–π بين A و B تكوين وسيط قالب متشابك تم تحويله لاحقًا إلى حلقة عن طريق تفاعل استبدال مع المركب C لتوليد منتج [2]كاتانين.

تُنشئ الأنظمة الأنيونية والأنظمة العطرية π (التي عادةً ما تكون فقيرة بالإلكترونات) تفاعلاً مرتبطاً بقوى التنافر في بنيتها. وتشمل هذه القوى التنافرية تفاعلات كهروستاتيكية وتفاعلات استقطابية ناتجة عن الأنيونات. ^{[ 20 ] [ 21 ]} تسمح هذه القوة باستخدام هذه الأنظمة كمستقبلات وقنوات في الكيمياء فوق الجزيئية لتطبيقات في المجالات الطبية (الأغشية الاصطناعية، قنوات الأيونات) والبيئية (مثل الاستشعار، إزالة الأيونات من الماء). ^{[ 22 ]}

تم الإبلاغ عن أول بنية بلورية بالأشعة السينية تُظهر تفاعلات الأنيون-π في عام 2004. ^{[ 23 ]} بالإضافة إلى تصوير ذلك في الحالة الصلبة، هناك أيضًا أدلة على وجود هذا التفاعل في المحلول. ^{[ 24 ]}

تُساهم تأثيرات باي بشكلٍ كبير في الأنظمة البيولوجية، إذ تُوفر كميةً كبيرةً من طاقة الارتباط. تُنتج النواقل العصبية معظم تأثيرها البيولوجي عن طريق الارتباط بالموقع النشط لمستقبل بروتيني. تُعد تفاعلات الكاتيون-باي مهمةً للناقل العصبي أستيل كولين (Ach). ^{[ 25 ] [ 26 ]} يتضمن تركيب الكولينستراز 14 بقايا عطرية محفوظة للغاية. ترتبط مجموعة ثلاثي ميثيل الأمونيوم في أستيل كولين بالبقايا العطرية للتريبتوفان (Trp). يُوفر موقع الإندول منطقةً ذات جهد كهروستاتيكي سالب أكثر كثافةً من بقايا البنزين والفينول في فينيل ألانين (Phe) وتيروسين (Tyr).

تُعدّ أنظمة π لبنات بناء مهمة في التجميع فوق الجزيئي نظرًا لتفاعلاتها غير التساهمية المتنوعة مع مختلف المجموعات الوظيفية. على وجه الخصوص،${\displaystyle {\ce {\pi - \pi}}}$،${\displaystyle {\ce {CH-\pi}}}$و${\displaystyle {\ce {\pi -cation}}}$تُستخدم التفاعلات على نطاق واسع في التجميع والتعرف فوق الجزيئي .

${\displaystyle {\ce {\pi-\pi}}}$يتعلق الأمر بالتفاعلات المباشرة بين نظامين π ؛ و${\displaystyle {\ce {cation-\pi}}}$ينشأ التفاعل من التفاعل الكهروستاتيكي بين الكاتيون وسطح نظام π . على عكس هذين التفاعلين، فإن${\displaystyle {\ce {CH-\pi}}}$ينشأ التفاعل بشكل رئيسي من انتقال الشحنة بين مدار C–H ونظام π .

• التفاعل غير التساهمي
• التشتت (الكيمياء)
• تفاعل الكاتيون-باي
• التداخل (الكيمياء الحيوية)
• التداخل (الكيمياء)

• لوه ر، جيلسون هـ س، بوتر م ج، جيلسون م ك (يناير 2001). "الأساس الفيزيائي لتراص قواعد الأحماض النووية في الماء" . مجلة الفيزياء الحيوية . 80 (1): 140-148 . Bibcode : 2001BpJ....80..140L . doi : 10.1016/ S0006-3495 (01)76001-8 . PMC 1301220. PMID 11159389 .  
• لاري وولف (2011): تفاعلات π-π (π- التراص): الأصل والتعديل