Някои примери за молекули с водородна връзка

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.

Водородните връзки са вид много интензивно междумолекулно взаимодействие, което държи заедно полярни молекули, които имат водородна връзка с кислород, азот, сяра или някакъв халоген, а също и с всяка друга молекула, която има същите тези атоми със свободни или не двойки електрони. . Водородната връзка може да се опише като трицентрова ковалентна връзка, в която трите центъра са два атома с висока електроотрицателност и водороден атом, действащ като мост между двата, поради което този тип връзка се нарича взаимодействие на водородна връзка .

От всички междумолекулни сили, включително дипол-диполните сили на привличане и дисперсионните сили на Лондон, водородните връзки са най-силните и са отговорни за високата точка на кипене на съединения с ниско молекулно тегло като вода или етанол. Те също са отговорни за разтворимостта на повечето от най-разтворимите във вода известни вещества, включително някои алкохоли и полиоли като глицерин.

Как се образуват водородните връзки?

Водородните връзки се образуват между две функционални групи, които могат или не могат да бъдат еднакви, но изпълняват две различни роли при образуването на водородна връзка.

донорни групи на водородна връзка

От една страна, за да се образува водородна връзка, една молекула трябва да има група, донорна на водород. Това обикновено се състои от група, съдържаща поне един водороден атом , ковалентно свързан с електроотрицателен атом като кислороден, азотен, халогенен или серен атом. Тези групи са тези, които допринасят за водородния атом, който е част от водородната връзка, поради което се наричат ​​донорни групи.

приемащи водородна връзка групи

Акцепторните групи са функционални групи, които съдържат поне един електроотрицателен атом сред споменатите по-горе, който има поне една двойка свободни или неподелени електрони. Тази двойка електрони са тези, които този атом използва, за да се свърже с поляризирания водород на водородната донорна група.

Приемащата група на една молекула може да бъде същата приемаща група на друга. Например, молекула, която има хидроксилна група (–ОН), може да използва тази група като донор в една водородна връзка, както и като акцептор на две водородни връзки, действайки като акцепторна група, както е показано на следващото изображение.

Примери за водородни свързани молекули

От друга страна, има и молекули, които имат полярни групи със силно електроотрицателни атоми, които могат да действат като акцептори на водородни връзки, но не и като донори, поради което тези съединения не могат да образуват междумолекулни водородни връзки с други подобни молекули, въпреки че могат. водородни връзки с други молекули, които имат донорни групи.

Следното изображение показва пример на молекула, която има различни групи, способни да образуват водородни връзки, някои като донори, други като акцептори, а трети като и двете:

Примери за водородни свързани молекули

Примери за водородни свързани молекули

вода

Водата е малка молекула, която може да образува много водородни връзки. Той има две O–H връзки, така че всяка водна молекула може да образува две водородни връзки като донор. Освен това, кислородният атом има две несподелени двойки електрони, така че може също да образува две водородни връзки като акцептор, така че всяка водна молекула може да образува общо четири водородни връзки.

Примери за водородни свързани молекули

флуороводород

Флуороводородът или HF има силно поляризирана F–H връзка (всъщност това е най-поляризираната съществуваща водородна връзка). В допълнение към това флуорният атом притежава три допълнителни несподелени двойки електрони, така че може да образува три водородни връзки като акцептор за водородния атом. Поради тази причина HF може да образува общо четири водородни връзки. Въпреки това, тъй като всяка HF молекула може да образува само една връзка като донор, проба от HF молекули ще може да образува средно само две водородни връзки всяка.

етанол

Етанолът или етиловият алкохол е органично съединение, свързано с водата. Това е вторият най-прост алкохол, който съществува и има хидроксилна група в своята структура, която може да отдаде един водород и да получи два, за да образува общо три едновременни водородни връзки. Тази способност прави етанола смесим (разтворим във всички пропорции) с вода, тъй като всяка молекула етанол може да образува множество водородни връзки с този разтворител.

метиламин

Метиламинът е най-простият първичен амин. Това е органично съединение с формула CH 3 NH 2 , което има амино група.

Примери за водородни свързани молекули

Тази група има две N–H връзки, а азотът също има двойка несдвоени електрони, така че това съединение може да образува три едновременни водородни връзки, две като донор на водородния атом и една като акцептор.

Амоняк

Амонякът за амините е това, което е водата за алкохолите. Това е неорганично съединение с формула NH3, което има три N–H връзки, докато азотът има само една несподелена електронна двойка.

Примери за водородни свързани молекули

Следователно и както в случая с HF, амонякът може да образува общо четири едновременни водородни връзки, но между молекулите на амоняка могат да се образуват средно само две водородни връзки, една като донор и една като акцептор. , тъй като няма да има да бъде достатъчно акцепторни групи за всички донорни групи.

метанол с вода

По същите причини като етанола, метанолът може да образува водородни връзки с други метанолни молекули, но също така може да образува до три водородни връзки с водни молекули.

Примери за водородни свързани молекули

Това прави метанолът също така смесим с вода и разтворите метанол-вода могат да се приготвят във всяко съотношение.

етанол с ацетон

Ацетонът е органично съединение с формула C3H6O , което има две метилови групи, свързани с карбонилна група (C=O). Тъй като няма O–H, N–H, S–H или X–H връзки (X представлява халоген), молекулата на ацетона не може да действа като донор на водородна връзка. Поради тази причина ацетонът не може да образува междумолекулни водородни връзки със себе си.

Кислородният атом на карбонилната група обаче има две несподелени двойки електрони, така че ацетонът може да получи две водородни връзки. Това означава, че ацетонът може да образува водородни връзки с молекули, които имат донорни групи, като водна молекула или с молекула етанол. Поради тази причина ацетонът е разтворим в етанол и обратно.

пиридин с амоняк

Пиридинът е пример за хетероциклично ароматно съединение с азот, образуващ част от пръстена, което притежава несподелена двойка електрони и също така не е компрометирано по отношение на ароматността на съединението. Това е случай, подобен на предишния, тъй като няма групи с водородни атоми, свързани с O, N, S или X, той не може да действа като донорна молекула във водородната връзка, но азотът може да действа като акцептор. Поради тази причина пиридинът може да образува водородни връзки с други донорни молекули, като амоняк.

Пурини и пиримидини

Животът се развива и процъфтява във вода, до голяма степен благодарение на образуването на милиони водородни връзки. Голяма част от вторичната, третичната и кватернерната структура на протеините се дължи на водородни връзки и същото важи и за структурата на нашия генетичен материал. Както ДНК, така и РНК могат да образуват вериги от допълващи се последователности благодарение на водородните връзки, които се образуват между пурините и пиримидините, които изграждат азотните основи на тези нуклеинови киселини.

Например аденинът, който образува азотната основа на нуклеозида аденозин, образува две водородни връзки с тимина в тимидина, който е пурин.

Примери за водородни свързани молекули

От друга страна, гуанозинът, който е нуклеозид, който съдържа гуанин, друг пурин, образува три водородни връзки с цитозина, който е част от цитидина.

Примери за водородни свързани молекули

Препратки

Autino, JC, Romanelli, G., & Ruiz, DM (2013). Въведение в органичната химия . естествено. http://sedici.unlp.edu.ar/bitstream/handle/10915/31664/AUTINO;jsessionid=E23F9652B115BE6B103B485DAD3FA964?sequence=1

Кери, Ф. (2021). Органична химия (9-то издание ). MCGRAW HILL ОБРАЗОВАНИЕ.

Чанг, Р., Манзо, А. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Химия (10-то издание ). Образование на McGraw-Hill.

Dereka, B., Yu, Q., Lewis, NHC, Carpenter, WB, Bowman, JM, & Tokmakoff, A. (2021). Преминаване от водородно към химическо свързване. Наука , 371 (6525), 160–164. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abe1951

Pérez O., J., & Merino, M. (2021). Дефиниция на водородна връзка — Definition.de . Дефиниция на. https://definicion.de/hydrogen-bridge/

Уилямс, Л. Д. (nd). Молекулни взаимодействия . Georgia Tech. https://ww2.chemistry.gatech.edu/%7Elw26/structure/molecular_interactions_espanol/Interacciones_Moleculares.html

mm
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados