氫鍵作用在化學(xué)與生物學(xué)等諸多領(lǐng)域都扮演著至關(guān)重要的角色。它是一種特殊的分子間或分子內(nèi)相互作用,由氫原子與電負(fù)性較大的原子(如氟、氧、氮等)形成。氫鍵雖比共價鍵弱,但卻對物質(zhì)的性質(zhì)有著顯著影響,像水的獨特物理性質(zhì)就和氫鍵密切相關(guān)。在生物大分子中,氫鍵參與維持蛋白質(zhì)和核酸的結(jié)構(gòu),對生命活動意義非凡。下面讓我們深入了解氫鍵作用。
1、氫鍵通常可用X-H…Y來表示。其中X以共價鍵(或離子鍵)與氫相連,具有較高的電負(fù)性,可以穩(wěn)定負(fù)電荷,因此氫易解離,具有酸性(質(zhì)子給予體)。而Y則具有較高的電子密度,一般是含有孤對電子的原子,容易吸引氫質(zhì)子,從而與X和H原子形成三中心四電子鍵。
2、典型的氫鍵中,X和Y是電負(fù)性很強(qiáng)的F、N和O原子。但C、S、Cl、P甚至Br和I原子在某些情況下也能形成氫鍵,但通常鍵能較低。 碳在與數(shù)個電負(fù)性強(qiáng)的原子相連時也有可能產(chǎn)生氫鍵。例如在氯仿CHCl3中,碳原子直接與三個氯原子相連,氯原子周圍電子云密度較大,因而碳原子周圍即帶有部分正電荷,碳也因此參與了氫鍵的形成,扮演了質(zhì)子供體的角色。此外,芳環(huán)上的碳也有相對強(qiáng)的吸電子能力,因此形成Ar-H…:O型的弱氫鍵(此處Ar表示芳環(huán))。芳香環(huán)、碳碳叁鍵或雙鍵在某些情況下都可作為電子供體,與強(qiáng)極性的X-H(如-O-H)形成氫鍵。
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