Legătură hidrogen

COMUNICAREA CU HIDROGEN (H-bond) # 150; un tip special de interacțiune între grupările reactive, dintre care unul conține un atom de hidrogen predispus la o astfel de interacțiune. Legătură hidrogen # 150; un fenomen global care cuprinde toata chimia. Spre deosebire de legăturile chimice convenționale, legătura H nu apare ca rezultat al sintezei țintă, ci apare în condiții adecvate și se manifestă sub formă de interacțiuni intermoleculare sau intramoleculare.







Caracteristicile legăturii de hidrogen. O caracteristică distinctivă a legăturii de hidrogen # 150; rezistența relativ scăzută, energia sa este de 5 x 150 x 10 ori mai mică decât energia legăturii chimice. În energie, ocupă o poziție intermediară între legăturile chimice și interacțiunile van der Waals, cele care dețin molecule în fază solidă sau lichidă.

În formarea unei legături H, electronegativitatea atomilor care participă la legătura joacă un rol decisiv # 150; capacitatea de a trage electronii legăturii chimice de la atom # 150; partener implicat în acest sens. Ca rezultat, o încărcătură parțială negativă d apare pe atomul A cu electronegativitate crescută. ci pe atomul partenerului # 150; pozitiv d +, legătura chimică este polarizată: A d- # 150; H d +.

Încărcarea pozitivă parțială rezultată pe atomul de hidrogen îi permite să atragă o altă moleculă, care conține și un element electronegativ, astfel încât interacțiunile electrostatice fac partea principală în formarea legăturii H.

Trei atomi se formează în formarea legăturii H, doi electronegativi (A și B) și atomul de hidrogen H între ei, structura unei astfel de legături poate fi reprezentată după cum urmează: B ··· H d + # 150; A d- (legătura de hidrogen este de obicei marcată printr-o linie punctată). Un atom A, legat chimic la H, se numește donator de protoni (Donarea latină # 150; donați, donați) și B # 150; acceptorul său (acceptorul latin # 150; inspector). Cel mai adesea nu există nici o "donație" adevărată, iar H rămâne legată chimic de A.

atomi # 150; donatori Un furnizor H pentru formarea legăturilor H nu sunt mulți, în practică există doar trei: N. O și F. În același timp, setul de atomi B acceptor este foarte larg.

Conceptul și termenul de "legătură hidrogen" au fost introduse de V. Latimer și R. Rodebusch în 1920, pentru a explica punctele de fierbere ridicate ale apei, alcoolilor, HF lichid și alți compuși. Comparând punctele de fierbere ale compușilor înrudiți H 2 O. H 2 S. H 2 Se. și H 2 Te. ei au atras atenția asupra faptului că primul termen al acestei serii # 150; apă # 150; se fierbe mult mai mult decât a urmat modelul pe care l-au format ceilalți membri ai seriei. Din acest model a rezultat că apa ar trebui să fiarbă cu 200 ° C mai mică decât valoarea adevărată observată.

Exact aceeași abatere este observată pentru amoniacul într-o serie de compuși înrudiți: N H 3. H 3 P. H 3 As. H 3 Sb. Punctul său real de fierbere (# 150; 33 ° C) este cu 80 ° C mai mare decât valoarea așteptată.

Când se fierbe lichidul, numai interacțiunile van der Waals sunt distruse, cele care țin moleculele în faza lichidă. Dacă punctele de fierbere sunt în mod neașteptat de mari, atunci, în consecință, moleculele sunt în plus conectate de alte forțe. În acest caz, aceasta este legătura cu hidrogen.

În mod similar, punctul de fierbere crescut al alcoolilor (în comparație cu compușii care nu conțin grupa -OH) # 150; rezultatul formării legăturilor de hidrogen.

În prezent, metodele spectrale (cel mai adesea spectroscopia infraroșu) oferă o modalitate sigură de a detecta legăturile H. Caracteristicile spectrale ale grupurilor AH legate de legăturile de hidrogen diferă semnificativ de acele cazuri în care o astfel de legătură lipsește. În plus, dacă studiile structurale arată că distanța dintre atomi B # 150; H este mai mică decât suma razei van der Waals, atunci se crede că este stabilită prezența legăturii H.







În plus față de punctul de fierbere crescut, legăturile de hidrogen se manifestă, de asemenea, în formarea structurii cristaline a substanței, crescând punctul de topire. În structura cristalină a gheții, legăturile H formează o rețea tridimensională, în timp ce moleculele de apă sunt aranjate în așa fel încât atomii de hidrogen ai unei molecule să fie direcționați către atomii de oxigen ai moleculelor învecinate:

Acidul boric B (OH) 3 are o structură cristalină stratificată, fiecare moleculă fiind legată de legături de hidrogen cu alte trei molecule. Ambalarea moleculelor din strat formează un model de parchet, asamblat din hexagoane:

Cele mai multe substanțe organice sunt insolubile în apă, atunci când o astfel de regulă este încălcată, atunci cel mai adesea este rezultatul intervenției legăturilor de hidrogen.

Oxigen și azot # 150; principalii donatori ai protonilor, ei iau funcția atomului A în triada considerată anterior B ··· H d + # 150; Și d-. Ei, cel mai adesea, acționează ca acceptori (atomul B). Datorită acestui fapt, unele substanțe organice care conțin O și N în rolul atomului B se pot dizolva în apă (rolul atomului A este îndeplinit de oxigenul apei). Legăturile hidrogen dintre materia organică și apă ajută la "separarea" moleculelor de materie organică, transformându-l într-o soluție apoasă.

Există o regulă empirică: dacă o materie organică nu conține mai mult de trei atomi de carbon pe atom de oxigen, se dizolvă ușor în apă:

Benzenul este foarte puțin solubil în apă, dar dacă o grupare CH este înlocuită cu N. atunci se obține piridina C5H5N care este amestecată cu apă în orice proporție.

Legăturile de hidrogen se pot manifesta în soluții neapoase, atunci când hidrogenul generează o sarcină parțială pozitivă și în continuare o moleculă care conține un acceptor "bun", de obicei oxigen. De exemplu, cloroformul HCCI3 dizolvă acizii grași și acetilena HC-CH este solubilă în acetonă:

Acest fapt a găsit o aplicație tehnică importantă, acetilenă sub presiune este foarte sensibilă la șocuri ușoare și explodează cu ușurință, iar soluția în acetonă sub presiune este sigură.

Un rol important îl joacă legăturile de hidrogen în polimeri și biopolimeri. În celuloză # 150; componenta principală a lemnului # 150; grupări hidroxil, sunt aranjate ca grupe laterale ale unui lanț polimer asamblat din fragmente ciclice. În ciuda energiei relativ slabe a fiecărei legături H individuale, interacțiunea lor în toată molecula polimerică conduce la o interacțiune intermoleculară atât de puternică încât dizolvarea celulozei devine posibilă numai prin utilizarea unui solvent exotic înalt polar # 150; Reactivul Schweizer (complex de amoniac de hidroxid de cupru).

În poliamide (capron, nailon), legăturile H apar între grupările carbonil și amino> C = O · H # 150; N C = O ··· H # 150; N

Molecula ADN înregistrează toate informațiile despre un anumit organism viu sub formă de fragmente ciclice alternante care conțin grupări carbonil și amino. Există patru tipuri de astfel de fragmente: adenină, timină, citozină și guanină. Ele sunt aranjate sub formă de suspensii laterale de-a lungul întregii molecule de polimeri ale ADN-ului. Ordinea alternării acestor fragmente determină individualitatea fiecărei ființe vii. În interacțiunea pereche a carbonil C = O și a grupărilor amino NH. precum și grupările amino ale NH și atomii de azot care nu conțin hidrogen, apar legături H, aceștia dețin două molecule de ADN sub forma unei helixuri dublu cunoscute:

Pentru formarea legăturii H (în rolul acceptorilor de protoni) complexele unor metale tranziționale sunt predispuse; Cele mai complexe sunt complexele metalelor VI # 150; VIII. Pentru ca o astfel de relație să apară într-o serie de cazuri, este necesar să se participe la un puternic donor de protoni, de exemplu acidul trifluoracetic. În prima etapă (vezi figura de mai jos), apare o legătură H cu participarea atomului de metal al iridiului (complexul I), care joacă rolul de acceptor B.

Mai mult, atunci când temperatura este scăzută (de la temperatura camerei la # 150; 50 ° C), protonul trece la metal și apare o conexiune normală M # 150; H. Toate transformările sunt reversibile, în funcție de temperatură, protonul se poate deplasa fie la metal, fie la donator # 150; acid anionic.

În cea de-a doua etapă, metalul (complexul II) ia un proton, și cu acesta o sarcină pozitivă și devine un cation. Se formează un compus ionic obișnuit (ca NaCI). Cu toate acestea, trecerea la metal, protonul își păstrează dorința constantă pentru diferiți acceptori, în acest caz anionul acid. Ca urmare, apare o legătură H (marcată cu asteriscuri), care strânge suplimentar perechea de ioni:

Un atom de hidrogen poate participa la rolul atomului B, adică un acceptor de protoni în cazul în care se concentrează o încărcătură negativă, acest lucru fiind realizat în hidruri metalice: Md + # 150; H d-. compuși care conțin o legătură metalică # 150; hidrogen. Dacă o hidrură metalică este reacționat cu donatorul de protoni la forța medie (de exemplu, fluorurat terț-butanol), există o punte dihidrogenfosfat neobișnuită, unde hidrogenul însuși aranja H - relația: M + d # 150; H d- ··· H d + # 150; Și d-.

În cadrul complexului prezentat, liniile în formă de pană cu umplere continuă sau cu traverse transversale desemnează legături chimice direcționate spre vârfurile octaedrului.







Articole similare

Trimiteți-le prietenilor: