Vätebindning
En vätebindning är en form av association mellan en elektronegativ atom och en H -väteatom bunden kovalent till en annan elektronegativ atom. De elektronegativa atomerna kan vara N , O eller F. Vätebindningar kan vara intermolekylära eller intramolekylära . [ett]
Natur
Ofta ses vätebindning som en elektrostatisk växelverkan som förstärks av vätets ringa storlek, vilket tillåter närheten till de interagerande dipolerna. Sedan talar de om det som en slags donator-acceptorbindning , en icke-valent interaktion mellan väteatomen H , kovalent bunden till A - atomen i AH -gruppen i RA-H- molekylen och den elektronegativa B - atomen i en annan molekyl ( eller en funktionell grupp av samma molekyl) BR' . Dessa interaktioner resulterar i RA-H···BR′- komplex av varierande grad av stabilitet, där väteatomen fungerar som en "brygga" som länkar RA- och BR′- fragmenten .
Vätebindningens egenskaper, enligt vilka den särskiljs som en separat typ, är dess inte särskilt höga hållfasthet [2] , dess förekomst och betydelse, särskilt i organiska föreningar [3] , samt vissa biverkningar förknippade med små storlekar och frånvaron av ytterligare elektroner i väte.
För närvarande, inom ramen för teorin om molekylära orbitaler , betraktas en vätebindning som ett specialfall av en kovalent bindning med delokalisering av elektrondensitet längs en kedja av atomer och bildandet av tre-center fyra-elektronbindningar (till exempel, -H···[FH···F]- ).
Historik
I Linus Paulings The Nature of Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals , som först publicerades 1939, tillskrivs det första omnämnandet av vätebindningen Moore och Winmill. De använde vätebindning för att motivera det faktum att trimetylammoniumhydroxid är en svagare bas än tetrametylammoniumhydroxid . [4] Beskrivningen av vätebindningar i vatten gjordes 1920 av Latimer och Rodebush [5] .
Egenskaper
Energin för en vätebindning är mycket mindre än energin för en vanlig kovalent bindning (överstiger inte 40 kJ/mol). Denna energi är dock tillräcklig för att orsaka association av molekyler, det vill säga deras association till dimerer eller polymerer . Det är föreningen av molekyler som orsakar onormalt höga smält- och kokpunkter för ämnen som vätefluorid , vatten , ammoniak . Denna typ av bindning, även om den är svagare än joniska och kovalenta bindningar, spelar en mycket viktig roll i intra- och intermolekylära interaktioner. Vätebindningar bestämmer till stor del de fysikaliska egenskaperna hos vatten och många organiska vätskor (alkoholer, karboxylsyror, amider av karboxylsyror, estrar ). Styrkan hos vätebindningen ( entalpin för bildning av komplexet) beror på komplexets polaritet och sträcker sig från ~6 kJ/mol för komplex av vätehalogenidmolekyler med inerta gaser till 160 kJ/mol för jonmolekylära komplex ( AHB) ± ; så, för komplexet (H 2 O • H • OH 2 ) + bildat av H 2 O och H 3 O + - 132 kJ/mol i gasfasen.
I vattnet
Grotgus-mekanism
Den onormalt höga värmekapaciteten hos vatten, såväl som den termiska ledningsförmågan hos flervärda alkoholer, tillhandahålls av många vätebindningar. En vattenmolekyl kan bilda upp till fyra klassiska vätebindningar med sina grannar (upp till 5-6 med hänsyn till bifurkat H-bindningar).
Vätebindningar ökar vätskors kokpunkt , viskositet och ytspänning . De är ansvariga för många andra unika egenskaper hos vatten.
Vattenkluster
Enligt moderna koncept leder närvaron av vätebindningar mellan vattenmolekyler till bildandet av så kallade vattenkluster eller komplex. Det enklaste exemplet på ett sådant kluster är en vattendimer :
Vätebindningsenergin i en vattendimer är 0,2 eV (≈ 5 kcal / mol ), vilket bara är en storleksordning större än den karakteristiska termiska rörelseenergin vid 300 K. Samtidigt är OH-kovalent bindningsenergin 200 gånger större än den termiska energin. Således är vätebindningar relativt svaga och instabila: det antas att de lätt kan bildas och försvinna som ett resultat av termiska fluktuationer . Detta leder i synnerhet till det faktum att vatten inte bör betraktas som en "enkel", utan som en "bunden vätska": vatten representeras som ett nätverk av molekyler sammankopplade med vätebindningar [6] .
I nukleinsyror och proteiner
Vätebindningen bestämmer till stor del egenskaperna hos sådana biologiskt viktiga ämnen som proteiner och nukleinsyror . I synnerhet stabiliseras sekundära strukturelement (t.ex. a-helixer , β-veck ) och tertiära strukturelement i protein- , RNA- och DNA- molekyler av vätebindningar. I dessa makromolekyler håller vätebindningar delar av samma makromolekyl ihop, vilket får den att vikas till en viss form. Till exempel bestäms dubbelhelixstrukturen hos DNA till stor del av närvaron av vätebindningar som länkar par av nukleotider som länkar en komplementär sträng till en annan.
I polymerer
Många polymerer är förstärkta med vätebindningar i sina ryggrader. Bland syntetiska polymerer är det mest kända exemplet nylon , där vätebindningar spelar en stor roll i kristallisationen av materialet. Vätebindningar är också viktiga i strukturen av artificiellt framställda polymerer (som cellulosa ) och i många olika former i naturen, såsom trä , bomull och linne .
Se även
Anteckningar
- ↑ IUPAC definition . Hämtad 5 maj 2011. Arkiverad från originalet 19 mars 2008.
- ↑ H N bindningsenergi = 8 kJ/mol, H O binder cirka 21 kJ/mol, HF binder cirka 36 kJ/mol [1] Arkiverad 22 september 2011 på Wayback Machine . Som jämförelse är den kovalenta bindningsenergin 400–900 kJ/mol [2] Arkiverad 18 september 2010 på Wayback Machine
- ↑ Till exempel bestäms formen på DNA- molekylen av vätebindningar
- ↑ T.S. Moore och T.F. Winmill. Tillståndet för aminer i vattenlösning (engelska) // J. Chem. Soc.. - 1912. - Vol. 101. - P. 1635-1676. - doi : 10.1039/CT9120101635 .
- ↑ Wendell M. Latimer, Worth H. Rodebush. POLARITET OCH JONISERING FRÅN LEWIS-TEORIN OM VALENS. (engelska) // J. Am. Chem. Soc.. - 1920. - Vol. 42. - P. 1419-1433. - doi : 10.1021/ja01452a015 .
- ↑ Dominik Marx. Proton Transfer 200 Years after von Grotthuss: Insights fromAb Initio Simulations // ChemPhysChem . - 2006. - Vol. 7. - P. 1848-1870. - doi : 10.1002/cphc.200600128 .
Litteratur
- Kemisk uppslagsverk. Sovjetiskt uppslagsverk. - M. , 1988.
- V. V. Moskva. Vätebindning i organisk kemi. Soros Educational Journal, 11999, N 2, s. 58-64 [3] Arkiverad 7 september 2011 på Wayback Machine
- Pimentel J., O. McClellan. Vätebindning, trans. från engelska. - M. , 1964.
- Epstein L.M., Shubina E.S. Flersidig vätebindning // "Nature". - 2003. - Nr 1 .
- Vätebindning. lö. Art. - M. , 1964.
- Pauling L. Den kemiska bindningen. - N.Y. , 1967.
Länkar
- Vätebindning - en artikel från encyklopedin "Circumnavigation"
- Vätebindning / Johansen A. V. // Stora sovjetiska encyklopedin : [i 30 volymer] / kap. ed. A. M. Prokhorov . - 3:e uppl. - M . : Soviet Encyclopedia, 1969-1978.
| kemisk bindning | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Intramolekylär interaktion |
| ||||||||||||
| Intermolekylär interaktion | |||||||||||||