Vetysidos

Vetysidos  on elektronegatiivisen atomin ja toiseen elektronegatiiviseen atomiin kovalenttisesti sitoutuneen H -vetyatomin välinen assosiaatiomuoto . Elektronegatiiviset atomit voivat olla N , O tai F. Vetysidokset voivat olla molekyylien välisiä tai molekyylinsisäisiä . [yksi]

Luonto

Usein vetysidos nähdään sähköstaattisena vuorovaikutuksena, jota tehostaa vedyn pieni koko, mikä mahdollistaa vuorovaikutuksessa olevien dipolien läheisyyden. Sitten he puhuvat siitä eräänlaisena luovuttaja-akseptorisidoksena , ei-valenttisena vuorovaikutuksena vetyatomin H välillä , joka on kovalenttisesti sitoutunut RA-H- molekyylin AH - ryhmän A - atomiin ja toisen molekyylin elektronegatiiviseen B - atomiin ( tai saman molekyylin funktionaalinen ryhmä) BR' . Nämä vuorovaikutukset johtavat vaihtelevan stabiilisuusasteen omaaviin RA-H···BR′- komplekseihin, joissa vetyatomi toimii "siltana", joka yhdistää RA- ja BR′- fragmentit .

Vetysidoksen ominaisuuksia, joiden mukaan se erotetaan erilliseksi tyypiksi, ovat sen ei kovin suuri lujuus [2] , sen yleisyys ja merkitys erityisesti orgaanisissa yhdisteissä [3] sekä jotkut sivuvaikutukset, jotka liittyvät pieniin koot ja ylimääräisten elektronien puuttuminen vedystä.

Tällä hetkellä molekyyliratojen teorian puitteissa vetysidosta pidetään kovalenttisen sidoksen erikoistapauksena, jossa elektronitiheys siirtyy atomiketjua pitkin ja muodostuu kolmikeskuksen neljän elektronin sidokset (esim. -H···[FH···F]- ).

Historia

Linus Paulingin teoksessa The Nature of Chemical Bond and the Structure of Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals , joka julkaistiin ensimmäisen kerran vuonna 1939, ensimmäinen maininta vetysidoksesta johtuu Mooren ja Winmillin ansioista. He käyttivät vetysidoksia perustellakseen sitä tosiasiaa, että trimetyyliammoniumhydroksidi on heikompi emäs kuin tetrametyyliammoniumhydroksidi . [4] Latimer ja Rodebush kuvasivat vedessä olevia vetysidoksia vuonna 1920 [5] .

Ominaisuudet

Vetysidoksen energia on paljon pienempi kuin tavallisen kovalenttisen sidoksen energia (ei yli 40 kJ/mol). Tämä energia on kuitenkin riittävä saamaan aikaan molekyylien yhdistymisen, eli niiden liittymisen dimeereiksi tai polymeereiksi . Molekyylien yhdistyminen aiheuttaa aineiden, kuten fluorivedyn , veden ja ammoniakin , epätavallisen korkeat sulamis- ja kiehumispisteet . Tämäntyyppisellä sidoksella, vaikka se on heikompi kuin ioni- ja kovalenttiset sidokset, on erittäin tärkeä rooli molekyylien sisäisissä ja molekyylien välisissä vuorovaikutuksissa. Vetysidokset määräävät suurelta osin veden ja monien orgaanisten nesteiden (alkoholit, karboksyylihapot, karboksyylihappoamidit, esterit ) fysikaaliset ominaisuudet. Vetysidoksen vahvuus ( kompleksin muodostumisen entalpia ) riippuu kompleksin polaarisuudesta ja vaihtelee välillä ~ 6 kJ/mol vetyhalogenidimolekyylien komplekseille inerttien kaasujen kanssa 160 kJ/mol ioni-molekyylikompleksien tapauksessa . AHB) ± ; siis kompleksille (H 2 O • H • OH 2 ) + , jonka muodostavat H 2 O ja H 3 O +  - 132 kJ / mol kaasufaasissa.

Vedessä

Grotgus-mekanismi

Veden poikkeuksellisen korkea lämpökapasiteetti sekä moniarvoisten alkoholien lämmönjohtavuus saadaan aikaan lukuisilla vetysidoksilla. Yksi vesimolekyyli voi muodostaa jopa neljä klassista vetysidosta naapuriensa kanssa (jopa 5-6, kun otetaan huomioon kaksihaaraiset H-sidokset).

Vetysidokset lisäävät nesteiden kiehumispistettä , viskositeettia ja pintajännitystä . Ne ovat vastuussa monista muista veden ainutlaatuisista ominaisuuksista.

Vesiklusterit

Nykyaikaisten käsitteiden mukaan vetysidosten läsnäolo vesimolekyylien välillä johtaa niin kutsuttujen vesiklusterien tai -kompleksien muodostumiseen. Yksinkertaisin esimerkki tällaisesta klusterista on vesidimeeri :

Vetysidosenergia vesidimeerissä on 0,2 eV (≈ 5 kcal / mol ), mikä on vain suuruusluokkaa suurempi kuin tyypillinen lämpöliikeenergia 300 K :ssa. Samaan aikaan OH:n kovalenttisen sidoksen energia on 200- kertainen suurempi kuin lämpöenergia. Siten vetysidokset ovat suhteellisen heikkoja ja epävakaita: oletetaan, että ne voivat helposti muodostua ja kadota lämpövaihteluiden seurauksena . Tämä johtaa erityisesti siihen, että vettä ei pidä pitää "yksinkertaisena", vaan "sidottuna nesteenä": vesi esitetään vetysidoksilla yhdistettynä molekyylien verkostona [6] .

Nukleiinihapoissa ja proteiineissa

Vetysidos määrää suurelta osin biologisesti tärkeiden aineiden, kuten proteiinien ja nukleiinihappojen, ominaisuudet . Erityisesti sekundääriset rakenne -elementit (esim. a-heliksit , p-laskokset ) ja tertiääriset rakenne -elementit proteiini- , RNA- ja DNA - molekyyleissä stabiloidaan vetysidoksilla. Näissä makromolekyyleissä vetysidokset pitävät saman makromolekyylin osia yhdessä, jolloin se taittuu tiettyyn muotoon. Esimerkiksi DNA:n kaksoiskierrerakenne määräytyy suurelta osin vetysidosten läsnäolosta, jotka yhdistävät nukleotidipareja, jotka yhdistävät komplementaarisen juosteen toiseen.

Polymeereissä

Monet polymeerit on vahvistettu vetysidoksilla rungossaan. Synteettisistä polymeereistä tunnetuin esimerkki on nailon , jossa vetysidoksilla on tärkeä rooli materiaalin kiteytymisessä. Vetysidokset ovat tärkeitä myös keinotekoisesti valmistettujen polymeerien (kuten selluloosan ) rakenteessa ja monissa eri muodoissa luonnossa, kuten puussa , puuvillassa ja pellavassa .

Katso myös

• kemiallinen sidos
• Proteiinin laskostuminen

Muistiinpanot

1. ↑ IUPAC-määritelmä . Haettu 5. toukokuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 19. maaliskuuta 2008. (määrätön)
2. ↑ H N -sidosenergia = 8 kJ/mol, H O sitoutuu noin 21 kJ/mol, H F -sidos noin 36 kJ/mol [1] Arkistoitu 22. syyskuuta 2011 Wayback Machinessa . Vertailun vuoksi kovalenttisen sidoksen energia  on 400–900 kJ/mol [2] Arkistoitu 18. syyskuuta 2010 Wayback Machinessa
3. ↑ Esimerkiksi vetysidokset määräävät DNA -molekyylin muodon
4. ↑ T.S. Moore ja T.F. Winmill. Amiinien tila vesiliuoksessa  (englanniksi)  // J. Chem. Soc.. - 1912. - Voi. 101. - P. 1635-1676. - doi : 10.1039/CT9120101635 .
5. ↑ Wendell M. Latimer, Worth H. Rodebush. NAPAUS JA IONISAATIO LEWIS VALENTSITEORIAN KANNALTA. (englanniksi)  // J. Am. Chem. Soc.. - 1920. - Voi. 42. - P. 1419-1433. - doi : 10.1021/ja01452a015 .
6. ↑ Dominik Marx. Protonisiirto 200 vuotta von Grotthussin jälkeen: Ab Initio -simulaatioiden näkemyksiä   // ChemPhysChem . - 2006. - Voi. 7. - P. 1848-1870. - doi : 10.1002/cphc.200600128 .

Kirjallisuus

• Chemical Encyclopedia. Neuvostoliiton tietosanakirja. - M. , 1988.
• V. V. Moskova. Vetysidos orgaanisessa kemiassa. Soros Educational Journal, 11999, N 2, s. 58-64 [3] Arkistoitu 7. syyskuuta 2011 Wayback Machinessa
• Pimentel J., O. McClellan. Vetysidos, trans. englannista. - M. , 1964.
• Epstein L.M., Shubina E.S. Monipuolinen vetysidos // "Luonto". - 2003. - Nro 1 .
• Vetysidos. la Art. - M. , 1964.
• Pauling L. Kemiallinen sidos. - N.Y. , 1967.

Linkit

• Vetysidos - artikkeli tietosanakirjasta "Circumnavigation"
• Vetysidos / Johansen A. V. // Suuri Neuvostoliiton tietosanakirja  : [30 nidettä]  / ch. toim. A. M. Prokhorov . - 3. painos - M .  : Neuvostoliiton tietosanakirja, 1969-1978.