Một số ví dụ về các phân tử liên kết hydro

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


Liên kết hydro là một loại tương tác liên phân tử rất mạnh liên kết các phân tử phân cực có liên kết hydro với oxy, nitơ, lưu huỳnh hoặc một số halogen và với bất kỳ phân tử nào khác có cùng các nguyên tử này với các cặp electron tự do hoặc không có cặp electron. . Liên kết hydro có thể được mô tả là liên kết cộng hóa trị ba tâm, trong đó ba tâm là hai nguyên tử có độ âm điện lớn và một nguyên tử hydro đóng vai trò là cầu nối giữa hai bên, đó là lý do tại sao loại liên kết này được gọi là tương tác liên kết hydro. .

Trong tất cả các lực liên phân tử, bao gồm lực hấp dẫn lưỡng cực-lưỡng cực và lực phân tán London, liên kết hydro là mạnh nhất và chịu trách nhiệm về điểm sôi cao của các hợp chất có khối lượng phân tử thấp, chẳng hạn như nước hoặc etanol. Chúng cũng chịu trách nhiệm về khả năng hòa tan của hầu hết các chất dễ tan trong nước nhất đã biết, bao gồm một số rượu và polyol như glycerin.

Các liên kết hydro được hình thành như thế nào?

Liên kết hydro được hình thành giữa hai nhóm chức có thể giống nhau hoặc không giống nhau, nhưng đóng hai vai trò khác nhau trong quá trình hình thành liên kết hydro.

nhóm tài trợ liên kết hydro

Một mặt, để hình thành liên kết hydro, một phân tử cần phải có một nhóm cho hydro. Nhóm này thường bao gồm một nhóm chứa ít nhất một nguyên tử hydro liên kết cộng hóa trị với một nguyên tử có độ âm điện như nguyên tử oxy, nitơ, halogen hoặc lưu huỳnh. Các nhóm này là những nhóm đóng góp nguyên tử hydro là một phần của liên kết hydro, đó là lý do tại sao chúng được gọi là nhóm tài trợ.

nhóm nhận liên kết hydro

Các nhóm chấp nhận là các nhóm chức năng chứa ít nhất một nguyên tử có độ âm điện trong số những nhóm đã đề cập ở trên, có ít nhất một cặp electron tự do hoặc không chia sẻ. Cặp electron này là cặp mà nguyên tử này sử dụng để liên kết với hydro phân cực của nhóm tài trợ hydro.

Nhóm nhận của một phân tử có thể là cùng một nhóm nhận của một phân tử khác. Ví dụ: một phân tử có nhóm hydroxyl (–OH) có thể sử dụng nhóm đó làm chất cho trong một liên kết hydro, cũng như chất nhận của hai liên kết hydro, hoạt động như một nhóm nhận, như thể hiện trong hình ảnh sau đây.

Ví dụ về các phân tử liên kết hydro

Mặt khác, cũng có những phân tử có các nhóm phân cực với các nguyên tử có độ âm điện cao có thể đóng vai trò là chất nhận liên kết hydro nhưng không phải là chất cho, đó là lý do tại sao các hợp chất này không thể hình thành liên kết hydro liên phân tử với các phân tử tương tự khác, mặc dù chúng có thể hình thành. liên kết hydro với các phân tử khác có nhóm tài trợ.

Hình ảnh sau đây cho thấy một ví dụ về một phân tử có nhiều nhóm khác nhau có khả năng hình thành liên kết hydro, một số là nhóm cho, nhóm khác là nhóm nhận và nhóm khác là cả hai:

Ví dụ về các phân tử liên kết hydro

Ví dụ về các phân tử liên kết hydro

Nước

Nước là một phân tử nhỏ có thể hình thành nhiều liên kết hydro. Nó có hai liên kết O–H, vì vậy mỗi phân tử nước có thể tạo thành hai liên kết hydro với tư cách là chất cho. Ngoài ra, nguyên tử oxy có hai cặp electron không dùng chung, do đó, nó cũng có thể tạo thành hai liên kết hydro với tư cách là chất nhận, vì vậy mỗi phân tử nước có thể tạo thành tổng cộng bốn liên kết hydro.

Ví dụ về các phân tử liên kết hydro

khí florua

Hydro florua hoặc HF có liên kết F–H phân cực cao (trên thực tế, nó là liên kết hydro phân cực nhất đang tồn tại). Ngoài ra, nguyên tử flo còn sở hữu thêm ba cặp electron độc thân, do đó, nó có thể tạo thành ba liên kết hydro với tư cách là chất nhận cho nguyên tử hydro. Vì lý do này, HF có thể hình thành tổng cộng bốn liên kết hydro. Tuy nhiên, vì mỗi phân tử HF chỉ có thể tạo thành một liên kết với tư cách là chất cho, nên một mẫu phân tử HF sẽ chỉ có thể tạo thành trung bình hai liên kết hydro cho mỗi mẫu.

etanol

Ethanol hoặc rượu etylic là một hợp chất hữu cơ liên quan đến nước. Đây là loại rượu đơn giản thứ hai tồn tại và có một nhóm hydroxyl trong cấu trúc của nó, có thể cho một hydro và nhận hai để tạo thành tổng cộng ba liên kết hydro đồng thời. Khả năng này làm cho ethanol có thể trộn được (hòa tan ở mọi tỷ lệ) với nước, vì mỗi phân tử ethanol có thể tạo thành nhiều liên kết hydro với dung môi này.

metylamin

Methylamine là amin chính đơn giản nhất. Nó là một hợp chất hữu cơ có công thức CH 3 NH 2 có một nhóm amin.

Ví dụ về các phân tử liên kết hydro

Nhóm này có hai liên kết N–H và nitơ cũng có một cặp electron chưa ghép cặp, vì vậy hợp chất này có thể tạo thành ba liên kết hydro đồng thời, hai liên kết là chất cho nguyên tử hydro và một là chất nhận.

amoniac

Amoniac là amin những gì nước là rượu. Nó là một hợp chất vô cơ có công thức NH 3 có ba liên kết N–H trong khi nitơ chỉ có một cặp electron độc thân.

Ví dụ về các phân tử liên kết hydro

Do đó, và như trong trường hợp HF, amoniac có thể hình thành tổng cộng bốn liên kết hydro đồng thời, nhưng giữa các phân tử amoniac, trung bình chỉ có hai liên kết hydro có thể hình thành, một là chất cho và một là chất nhận. đủ nhóm chấp nhận cho tất cả các nhóm tài trợ.

metanol với nước

Vì những lý do tương tự như etanol, metanol có thể tạo liên kết hydro với các phân tử metanol khác, nhưng nó cũng có thể tạo thành tối đa ba liên kết hydro với các phân tử nước.

Ví dụ về các phân tử liên kết hydro

Điều này làm cho metanol cũng có thể trộn được với nước và dung dịch metanol-nước có thể được điều chế theo bất kỳ tỷ lệ nào.

etanol với axeton

Axeton là hợp chất hữu cơ có công thức C 3 H 6 O, có hai nhóm metyl liên kết với một nhóm cacbonyl (C=O). Không có liên kết O–H, N–H, S–H hoặc X–H (X đại diện cho một halogen), phân tử axeton không thể đóng vai trò là chất cho liên kết hydro. Vì lý do này, acetone không thể hình thành liên kết hydro liên phân tử với chính nó.

Tuy nhiên, nguyên tử oxy của nhóm carbonyl có hai cặp electron không chia sẻ, vì vậy axeton có thể nhận được hai liên kết hydro. Điều này có nghĩa là axeton có thể tạo liên kết hydro với các phân tử có các nhóm cho, chẳng hạn như phân tử nước hoặc với phân tử etanol. Vì lý do này, acetone hòa tan trong ethanol và ngược lại.

pyridin với amoniac

Pyridin là một ví dụ về hợp chất thơm dị vòng với phần tạo thành nitơ của vòng sở hữu một cặp electron không dùng chung và cũng không ảnh hưởng đến tính thơm của hợp chất. Đây là trường hợp tương tự như trường hợp trước, vì nó không có các nhóm hydro liên kết với O, N, S hoặc X, nên nó không thể đóng vai trò là phân tử cho trong liên kết hydro, nhưng nitơ có thể đóng vai trò là chất nhận. Vì lý do này, pyridin có thể hình thành liên kết hydro với các phân tử tài trợ khác, chẳng hạn như amoniac.

Purin và pyrimidine

Sự sống phát triển và thịnh vượng trong nước, phần lớn nhờ vào sự hình thành của hàng triệu liên kết hydro. Phần lớn cấu trúc bậc hai, bậc ba và bậc bốn của protein là do liên kết hydro, và điều này cũng đúng với cấu trúc vật chất di truyền của chúng ta. Cả DNA và RNA đều có thể tạo thành các chuỗi trình tự bổ sung nhờ các liên kết hydro được hình thành giữa purin và pyrimidine tạo nên các bazơ nitơ của các axit nucleic này.

Ví dụ, adenine, tạo thành bazơ nitơ của nucleoside adenosine, tạo thành hai liên kết hydro với thymine trong thymidine, là một purine.

Ví dụ về các phân tử liên kết hydro

Mặt khác, guanosine, một nucleoside có chứa guanine, một loại purine khác, tạo thành ba liên kết hydro với cytosine, là một phần của cytidine.

Ví dụ về các phân tử liên kết hydro

Người giới thiệu

Autino, JC, Romanelli, G., & Ruiz, DM (2013). Giới thiệu về Hóa hữu cơ . tự nhiên. http://sedici.unlp.edu.ar/bitstream/handle/10915/31664/AUTINO;jsessionid=E23F9652B115BE6B103B485DAD3FA964?sequence=1

Carey, F. (2021). Hóa học hữu cơ ( tái bản lần thứ 9 .). GIÁO DỤC MCGRAW HILL.

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Hóa học ( tái bản lần thứ 10 .). Giáo dục McGraw-Hill.

Dereka, B., Yu, Q., Lewis, NHC, Carpenter, WB, Bowman, JM, & Tokmakoff, A. (2021). Crossover từ hydro đến liên kết hóa học. Khoa học , 371 (6525), 160–164. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abe1951

Pérez O., J., & Merino, M. (2021). Định nghĩa về liên kết hydro — Definition.de . Định nghĩa của. https://definicion.de/hydro-bridge/

Williams, L.D. (nd). Tương tác phân tử . Công nghệ Georgia. https://ww2.chemology.gatech.edu/%7Elw26/structure/molecular_interactions_espanol/Interacciones_Moleculares.html

-Quảng cáo-

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

Artículos relacionados