氫鍵作用在化學與生物學等諸多領域都扮演著至關重要的角色。它是一種特殊的分子間或分子內相互作用,由氫原子與電負性較大的原子(如氟、氧、氮等)形成。氫鍵雖比共價鍵弱,但卻對物質的性質有著顯著影響,像水的獨特物理性質就和氫鍵密切相關。在生物大分子中,氫鍵參與維持蛋白質和核酸的結構,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,具有較高的電負性,可以穩定負電荷,因此氫易解離,具有酸性(質子給予體)。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是電負性很強的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。 碳在與數個電負性強的原子相連時也有可能產生氫鍵。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,扮演了質子供體的角色。此外,芳環上的碳也有相對強的吸電子能力,因此形成Ar-H…:O型的弱氫鍵(此處Ar表示芳環)。芳香環、碳碳叁鍵或雙鍵在某些情況下都可作為電子供體,與強極性的X-H(如-O-H)形成氫鍵。
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