Электроотрицательность и образование водородной связ

Белковая цепь приобретает чрезвычайную устойчивость, сворачиваясь в правостороннюю а-спираль (рис. 21-17). В такой структуре аминокислотные остатки направлены наружу от оси спирали, а группы С=0 одного витка спирали связаны с группами Н—N следующего витка водородными связями. Водородные связи образуются между сильно электроотрицательными атомами, например Р или О, и атомами водорода с небольшим локальным избытком положительного заряда. Такие связи имеют главным образом электростатическое происхождение и зависят от способности двух атомов к тесному сближению. Атомы О и Р, имеющие небольшие размеры, способны давать такие связи более крупные атомы О обычно не могут образовать водородных связей. В белках водородные связи играют очень важную роль они возникают между кислородным атомом карбонильной группы и атомом водорода аминогруппы, принадлежащими полипептидной цепи. Как видно из рис. 21-13, частично двоесвязный характер пептидной связи С—N не только обеспечивает плоскостность пептидного звена, но также делает атом кислорода несколько отрицательным, а атом азота с присоединенным к нему атомом водорода несколько положительными. Это и создает благоприятные условия для образования водородных связей. [c.316]

Прежде всего она показывает, что группа состоит из двух непосредственно связанных между собой атомных группировок, имеющих диаметрально противоположные склонности к взаимодействию с электро-ном, - сильного электроноакцептора (С СО-) и сильного электронодонора (С НК-). Такое строение пептидной группы позволяет предположить большие возможности в изменении ее свойств под действием внутримолекулярных и межмолекулярных факторов, влияющих на донорно-акцептор-ные способности фрагментов. Наиболее чувствительной в этом случае оказывается центральная пептидная связь. Предположение подтверждается качественным рассмотрением электронного строения группы. Она обладает п-электронной системой и подвижными неподеленными парами электронов атомов N и О, а также может образовывать водородные связи, выступая при этом как донор и как акцептор протонов. Атомы пептидной группы имеют существенно разную электроотрицательность и заметно отличаются по величине и знаку парциальных зарядов. Если оставаться в границах понятий и представлений, сложившихся в органической химии, то можно сказать, что строение и свойства этой небольшой совокупности атомов обусловлены действием практически всех известных электронных эффектов делокализацией л-электронов, индуктивным влиянием, смещением неподеленных пар электронов и изменением гибридизации атомов, гиперконъюгационным эффектом, полярным влиянием, образованием водородных связей, диполь-дипольными и донорно-акцеп-торными взаимодействиями. В отличие от других классов органических соединений, свойства которых, как правило, находят удовлетворительное объяснение в доминирующем влиянии одного-двух из отмеченных эффектов, в пептидах и амидах все они играют важную роль и находятся в неразрывной взаимосвязи. Само их разделение по отношению к пептидной группе выглядит условным. Она как никакая другая группа представляет собой целостную систему и требует независимого рассмотрения. [c.130]

В меньшей степени способность связываться с другими молекулами сохраняет водородный атом, связанный с атомами азота или хлора. Впрочем, как мы видели в 20, степень полярности связи зависит не только от вида атома, с которым непосредственно связан данный атом, но также и от того, с какими атомами связаны эти атомы другими валентностями. Так, водородный атом, связанный с кислородом или азотом, будет более способен к образованию водородной связи, если атомы кис /орода или азота другой своей валентностью связаны с более электроотрицательным [c.83]

Как мы видели ( 25), связь через водородный атом образуется атомами наиболее электроотрицательных элементов. Молекулы воды обладают способностью к образованию водородной связи не только между собой, но и с другими молекулами, содержащими атомы сильно электроотрицательных элементов. При таком взаимодействии молекулы воды могут через свой водородный атом связываться с наиболее отрицательными атомами других молекул или, наоборот, связываться с водородным атомом другой молекулы, если он несет достаточно высокий положительный заряд, усиливая этим полярность его связи с молекулой. В последнем случае молекула воды может оттянуть к себе этот водород в виде положительного иона, образуя ион гидроксония Н3О+ ( 25). Имен- [c.384]

Способность к образованию водородной связи, проявляемая сильно электроотрицательными элементами (Р, О, Ы), мало характерна их аналогам из третьего периода (. ..,. ..,. ..). Как видно из табл. 4.18, гидриды элементов второго периода значительно менее. .., а следовательно, содержат более. .. связи. [c.248]

Кроме сил Ван-дер-Ваальса в образовании растворов (углеводородов) большую роль играют водородные связи, которые образуются при взаимодействии электроотрицательного атома кислорода, фтора, азота и в слабой степени атома хлора с атомом водорода. Наличие водородной связи приводит к ассоциации молекул раст ворителя и уменьшению его растворяющей способности. Водородные связи образуются в большей степени при понижении температуры. При образовании водородных связей взаимодействие диполей в ряде случаев имеет второстепенное значение. [c.70]

Водородная связь представляет собой как бы вторую побочную валентность водородного атома, которую он может проявлять по отношению к сильно отрицательным атомам, если основная валентность связывает его с атомом, тоже сильно отрицательным. В жидком состоянии фтористый водород имеет молекулу H Fg. При растворении его в воде образуются ионы Н+ и НРГ. В анионе HFF водород связывает оба атома фтора не двумя ковалентными связями, так как он не может иметь больше одной такой связи, а электростатическим взаимодействием протона Н+ с ионами Р . Сильно электроотрицательный атом F отнимает электрон от атома Н и последний превращается в протон Н+, способный своим зарядом довольно прочно связать второй ион F . Это ведет к образованию водородной связи типа X . ., H+X , которую называют водородным мостиком. [c.79]

Степень полярности зависит от вида и природы атомов, с которыми непосредственно связан данный атом. Так, например, атом водорода, связанный с углеродом, может приобрести способность к образованию водородной связи, если остальные валентности углерода насыщаются электроотрицательными атомами или соответствующими атомными группами, как это наблюдается у хлороформа и пентахлорэтана. [c.80]

Из сказанного ясно, что условием образования водородной связи является высокая электроотрицательность атома, непосредственно связанного в молекуле с атомом водорода. Только при этом условии электронное облако атома водорода достаточно сильно смещается в сторону атома-партнера, а последний [c.156]

Аналогичная закономерность в изменении температур, энтальпий и энтропий фазовых переходов наблюдается и у водо- родных соединений главных подгрупп V и VII групп. Следовательно, сильно электроотрицательные элементы второго периода Р, О и N проявляют высокую склонность к образованию водородной связи, что мало характерно для их аналогов из нижележащих периодов. [c.32]

Механизм образования водородной связи в значительной степени сводится к донорно-акцепторному взаимодействию (донор электронной пары-атом электроотрицательного элемента, акцептор - протон). Перекрывающиеся орбитали атомов во фрагменте З Н -Э образуют трехцентровые молекулярные орбитали, подобные рассмотренным ранее (см. разд. 2.5). [c.140]

Одной из наиболее интересных разновидностей диполь-дипольного взаимодействия является водородная связь. В обычных условиях валентность водорода равна 1, и он способен обобществлять с другими атомами одну электронную пару, образуя самую обычную ковалентную связь кроме того, атом водорода может присоединять электрон, образуя гидрид-ион Н . Однако, будучи связан с каким-либо сильно электроотрицательным атомом, например с фтором, кислородом или азотом, атом водорода приобретает относительно высокий положительный заряд (естественно, не превышающий единицы ). Поскольку этот заряд сосредоточен на чрезвычайно малом атомном остове (представляющем собой в данном случае просто протон), он может сильно приближаться к какому-нибудь другому атому, несущему на себе небольшой отрицательный заряд. Это вызывает образование довольно сильной диполь-дипольной связи, хотя, конечно, она гораздо слабее нормальной ковалентной связи. Возникающее при образовании водородной связи расположение частиц показано на рис 8.20. [c.142]

Высокой способностью к образованию водородных связей с атомами сильно электроотрицательных элементов. [c.38]

В образовании водородных связей участвуют наиболее электроотрицательные атомы — фтор, кислород, азот, хлор и сера. Притягивая электрон атома водорода, они тем самым превращают водород в положительно заряженную частицу, которая не имеет электронов и поэтому не отталкивается электронными оболочками других атомов, а испытывает только притяжение к ним, имеет ничтожно малый радиус (порядка 0,3 А). В результате соседний атом может подойти к водороду очень близко и образовать с ним связь. [c.132]

До сих пор во всех случаях образования водородной связи подразумевалось, что атомы водорода соединены с атомами кислорода или азота. Однако известны примеры, где поляризация ковалентной связи с водородом обусловлена другими электроотрицательными атомами. Так, обнаружена водородная связь в смеси хлороформа с третичными аминами или ацетоном. Аномально высокая растворимость ацетилена в ацетоне объясняется, по-видимому, наличием водородных связей. [c.179]

По теории Соколова, при образовании водородной связи в системе А — Н...В происходит перераспределение электронной плотности электроотрицательного атома В. Для того чтобы пара электронов от В переместилась к акцептору электронов — атому Н, необходимо, чтобы последний обладал остаточным положительным зарядом [100, 102]. Необходимо было допущение того, что в процессе образования водородной связи происходит также смещение электронного облака от Н к атому А. Таким образом, атом Н как бы освобождает свою 5-орбиту для приема пары электронов атома В. [c.18]

Конформационные изменения в белках, по всей вероятности, облегчаются тем, что некоторые группы, связанные водородными связями, находятся во внутренней гидрофобной области молекулы белка. Обычно все внутренние атомы водорода, определяющие возможность образования водородных связей, связаны с соответствующей группой — донором электронов. Однако, как правило, таких групп больше, чем доступных атомов водорода, что порождает конкуренцию электроотрицательных центров за протоны и создает основу для инициации конформационных изменений [32]. [c.105]

Другим хорошо известным примером является концентрационная зависимость полосы гидроксидной группы. Часто бывает необходимо измерять спектроскопическими методами концентрацию либо самой гидроксидной группы, либо молекул, содержащих эту группу. Иногда это можно сделать, используя один из методов, обсуждаемых ниже. Одиако из-за тенденции гидроксидных групп к образованию водородной связи с кислородом и другими электроотрицательными атомами (стр. 168 — 174) ИК-спектроскопия в данном случае не столь полезна для количественного анализа, как в других. Если растворитель или другие находящиеся в растворе вещества, достаточно инертны, то относительные интенсивности полос ассоциированных и неассоциированных групп ОН определяются концентрацией и температурой раствора [c.268]

Из сказанного ясно, что условием образования водородной связи является высокая электроотрицательность атома, непосредственно связанного в молекуле с атомом водорода. Только при этом условии электронное облако атома водорода достаточно сильно смещается в сторону атома-партнера, а последний приобре тает высокий эффективный отрицательный заряд. Именно поэтому водородная связь характерна для соединений самых электроотри нательных элементов сильнее всего она проявляется у соединений фтора и кислорода, слабее — у соединений азота и еще слабее — у соединений хлора и серы. [c.155]

Водородная связь проявляется тем сильнее, чем больше элект-роотрицательнвсть атома-партнера и чем меньше его размеры. Она характерна прежде всего для соединений фтора, а также кислорода, в меньшей степени азота, в еще меньшей степени для хлора и сс1)ы. Соответственно меняемся и эиергия водородной связи. Так, энергия водородной связи Н---Р (эту связь принято обозначать точками) составляет 40, связи Н---0 20, Н---Ы ж 8 кДж. Соседство электроотрицательных атомов может активировать образование водородной связи у атомов СН-групп (хотя электроотри-цательностн углерода и водорода почти одинаковы). Этим объясняется возникновение водородных связей Между молекулами в жидких ИСЫ, СРзН и т. д. [c.132]

Н.. F (здесь и в дальнейшем эта связь обозначена точками) равна 10, связи Н...0 5, Н.., N 2 ккал. Соседство электроотрицательных атомов может активизировать к образованию водородной связи и атомы СН-групп (хотя электроотрицательности углерода и водорода почти одинаковы). Этим объясняется возникновение водородных связей в таких, например, соединениях, как H N, FgH и т. д. [c.232]

Чтобы понять природу водородной связи, следует вспомнить, что протон, имеющий свободную Ь-орбиталь, может взаимодействовать по донорно-акцепторному механизму с неподеленной парой электронов с образованием ковалентной связи. Атом водорода, связанный с электроотрицательным атомом, в силу оттягивания электронного облака а-связи его партнером можно рассматривать как частично лишенным своего электрона, т. е. частично ионизованным. В результате этого и возникает некоторое, не столь сильное, как в случае свободного протона, но все же вполне ощутимое взаимодействие связанного с электроотрицательным элементом протона с неподеленной парой электронов второго атома. Энергия водородной связи для разных соединений лежит в пределах 0,1—0,35 эВ и, как правило, заметно превышает энергию вандерваальсовых взаимодействий. Важнейшим представителем молекул, способных к образованию водородных связей, являются молекулы воды. Фактически в воде не существует свободных молекул Н 2О, а имеются ассоциаты, образованные несколькими молекулами, например [c.107]

Ряд необычных структур, таких, как НР и димер уксусной кислоты в газовой фазе (рис. 14.11), служат доказательством образования водородных связей. Необычно высокая константа кислотной диссоциации салициловой (орто-оксибензойной) кислоты по сравнению с мета- и яара-нзомерами также свидетельствует об образовании водородной связи. Водородная связь образуется тогда, когда протон поделен между двумя электроотрицательными атомами, такими, как Р, О или Ы, которые находятся на соответствующем расстоянии друг от друга. Протон водородной связи притягивается отрицательным зарядом высокой плотности электроотрицательных атомов. Фтор образует очень сильные водородные связи, кислород — более слабые, а азот — еще более слабые. Необычные свойства воды обусловлены в значительной степени водородными связями, включающими четыре неподе-ленные пары электронов на кислороде (разд. 11.6). Лед имеет тетрагональную структуру, причем каждый атом кислорода связан с четырьмя атомами водорода. В этом случае водородные связи образуются вдоль оси каждой неподеленной пары электронов в жидкой воде их существование ответственно за высокую температуру кипения по сравнению с температурой кипения гидридов других элементов той же подгруппы периодической таблицы (—62° С для НгЗ, —42° С для НгЗе, —4° С для НгТе). При испарении воды водородные связи разрываются, [c.445]

Рассмотренный механизм переноса электронного заряда требует, чтобы связь А—Н отличалась заметной поляризуемостью, атом А— высокой электроотрицательностью, а атом В — донорными свойствами.. Последним способствует наличие у атома В неподеленной электронной пары. Точные квантовомеханические расчеты показывают, что при сближении молекул раньше начинается их взаимная поляризация, а затем уже перенос заряда. Следовательно, ориентационное и индукционное взаимодействие способствует переносу заряда. При образований водородной связи помимо переноса заряда свой вклад в общее понижение энергии вносят электростатическое, индукционное и дисперсионное взаимодействия обеих молекул. Таким образом, специфическое взаимодействие молекул через водородную связь осуществляется наряду с универсальным ван-дер-ваальсовым взаимодействием. Если иногда энергия водородной связи сравнима или меньше энергии последнего, то и при этом водородная связь благодаря свойству направленности играет важную роль в строении образующихся комплексов. Как видно, взаимодействие молекул посредством водородной связи является промежуточным между ван-дер-ваальсовым взаимодействием и химической связью, точнее, включая черты того и другого типа взаимодействий. [c.269]

К образованию водородных связей способны молекулы или их фрагменты А—Н, где в качестве электроотрицательного атома А выступают О, N, F, С1, Вг и в меньшей степени С и S. В качестве электроотрицательного атома другой молекулы выступают те же атомы О, N, S разнообразных функциональных групп, анионы F-, С1 и др., в меньшей степени ароматические кольца и кратные связи. Если А—Н и В принадлежат отдельным (разным или одинаковым) молекулам, то водородную связь называют межмолеку-лярной, а если они находятся в разных фрагментах одной молекулу — внутримолекулярной. [c.127]

Образование водородной связи было обнаружено и вот уже более полувека интенсивно изучается по своим молекулярно-физическим проявлениям. Еще со школы мы знаем, что при обычной температуре НзТе — жидкость, НаЗе — легкокипящая жидкость, НгЗ — газ, а Н2О —снова жидкость, хотя по экстраполяции ей полагалось быть еще лучшим газом, чем сероводород. Такую же цепь примеров представляют собой галогеиоводороды. Однако эти примеры дают скорее эмоциональное, чем научное удовлетворение, так как в изменении температур плавления галогенидов одновалентных металлов или халькогенидов двухвалентных мы увидим точно такую же закономерность. Действительная причина заключается в том, что при переходе сверху вниз в периодической системе в группах галогенов и халькогенов монотонно уменьшается их электроотрицательность и поэтому будет уменьшаться полярность связей любого атома М (в том числе и водорода) с указанными элементами. Поскольку плавление или кипение вещества характеризует разрыв МбЖМОЛбКуЛЯрНЫХ СВЯ30Й, 1 ггл и i К1ТП будут как-то отражать прочность этих связей. А прочность межмолекуляр-но1 о взаимодействия будет определяться двумя факторами, которые действуют в прямо противоположных направлениях — сверху вниз будет уменьшаться, как только что было сказано, полярность атомов в молекулах и поэтому ослабевать ион-дипольная ассоциация, но одновременно вниз будет расти молекулярный вес, а следовательно, поляризуемость и ван-дер-ваальсовское, дисперсионное взаимодействие. Суперпозиция двух тенденций и приводит к тому, что внизу и вверху периодической системы химические соединения типа АВ и АВг будут иметь повышенные температуры плавления и кипения. Это обстоятельство и привело к необходимости изучения особенностей водородной связи методами структурного анализа — дифракционными (рентгене-, электроно- и [c.166]

Соединения в этой таблице выписаны в порядке возрастания силы поля центрального атома однотииных комплексов Э0 , как следует нз периодического закона II концепции электроотрицательности. Из таблицы видно, что экзальтация рефракции, обусловленная образованием водородных связей тииа N—Н...0, изменяется в пределах 0,27—0,63 см на каждый ион аммония, закоиомерно снижаясь (в ряду аналогичных комилсксов) по мере увеличения электроотрнцательности нейтрального атома и, следовательно, уменьшения полярности связи Э—О, Таким образом, и в данном случае встречаемся с тенденцией увеличения рефракции 14-связи но мере ее упрочнения. [c.177]

Молекула NH3 образуется путем спаривания трех р-электронов атома азота с тремя s-электронами атомов водорода. Оси гантелеобразных облаков /7-электроноЕ взаимно перпендикулярны. Три атома водорода присоединяются к атому азота так, что их связи образуют углы 100°, т. е. молекула аммиака имеет пирамидальнук форму. Вследствие различной электроотрицательности азота и водорода (см. габл 6), связи Н—N полярны. Общие электронные пары смещены в сторону атома азота. Молекула аммиака в целом также сильно полярна. Молекулы жидкого аммиака, как и молекулы воды, ассоциированы за счет образования водородных связей [c.310]

Возникающие гидрагы, вероятно, стабилизуются далее за счет образования водородных связей между гидроксильными группами и электроотрицательными атомами кислорода или хлора, связанными с соседними а-углеродными атомами, например [c.203]

Атомом X может быть фтор, кислород или азот из них наибольшее значение в газовой хроматографии имеет кислород для высших аналогов фтора, кислорода и азота водородные связи по порядку величины близки к обычным силам притяжения (Штааб, 1959). В соединениях, содержаш их ОН-группы, атом водорода приобретает положительный заряд вследствие притяжения электронов к электроотрицательному кислороду гидроксильной группы (например, в карбоновых кислотах, спиртах, фенолах, воде) и может притягиваться к атомам, у которых имеются неподеленные пары электронов, в особенности к атомам Е, О, N в различных соединениях фтора, простых и сложных эфирах, кетонах, альдегидах, кислотах, спиртах, фенолах, аминах и т. д. В образовании водородной связи также участвуют группы Л Н или СН, если азот (нанример, в пирроле, имидазоле и т. д.) или углерод (в ацетилене, хлороформе, в органических нитросоединениях или цианистых соединениях с а-атомами водорода) могут приобретать отрицательный заряд вследствие структурных особенностей соединения. [c.177]

Вследствие электростатического происхождения водородной связи ее образуют лишь атомы наиболее электроотрицательных элементов — фтора, кислорода, азота. Обычно неподеленная электронная пара притягиваемого атома наиболее тесно сближается с притягивающим ионом водорода. Вода особенно подходящее вещество для образования водородной связи, поскольку каждая молекула имеет два атома водорода и две неподеленные электронные пары, а следовательно, может образовать четыре водородные связи. Тетраэдрическое расположение поделец-ных и неподеленных электронных пар обусловливает тетраэдрическое направление этих четырех связей в пространстве и приводит к образованию характерной кристаллической структуры льда (рис. 9.8). Эта структура, в которой каждая молекула окружена только четырьмя ближайшими соседними частицами, весьма ажурна, и поэтому лед является веществом с аномально низкой плотностью. При плавлении льда тетраэдрическая структура частично разрушается и молекулы воды сближаются, вот почему плотность воды превышает плотность льда. Однако многие водородные связи сохраняются, и агрегаты молекул с тетраэдрической структурой присутствуют в воде при температуре за- [c.252]

При образовании водородной связи таким образом, для образования водородной связи в этом случае требуется только наличие электроотрицательного элемента, который будет служить акцептором водорода. Молекула типа фтористого водорода Н—К может быть как донором, так и акцептором протона. Вследствие этого молекулы НК образуют между собой прочные водородные связи. Необычно высокая по сравнению с другими галогеповодоро-дами температура кипения фтористого водорода (фтористый водород единственный из них кипит при комнатной температуре) подтверждает наличие сильной межмолекулярпой связи. Водородная связь настолько прочна, что НРЯ существует как стабильный анион в солях типа КНГа. Как уже указы- валось (рис. 2-5), наличием водородных связей объясняются некоторые физические свойства воды и частично структуры гена. [c.44]

Для образования водородной связи необходимо, чтобы электроотрицательными атомами бьии Р, О, N. Лишь водород, связанный с одним из этих трех элементов, достаточно положителен, и лишь эти три элемента достаточно отрицательны, чтобы существовало необходимое притяжение. Эти три элемента способны концентрировать отрицательные заряды на своих маленьких атомах. [c.481]

Здесь К—X—Н — донор протонов, а —К — источник электронной пары, необходимо й для создания мостиковой связи. Таким образом, образование водородной связи можно рассматривать как стадию, предшествующую реакции между бренсте-дово й кислотой и бренстедовым основанием, в результате которой образовывался бы биполярный про дукт типа К—Х ---Н— —V —К. Атомы X и должны быть более электроотрицательными, чем атом водорода (например. С, Н, Р, О, 5, Р, С1, Вг I). Водородные связи могут быть как межмолекулярными, так и внутримолекулярными в последнем случае X и У принадлежат одной молекуле. [c.36]

Атом водорода, ковалентно связанный с электроотрицательным атомом, несет на себе относительно высокий частичный положительный заряд. Этот протонизиро-ванный атом водорода Н электростатически притягивается электроотрицательным атомом другой молекулы с образованием водородной связи V ". Дополни- [c.127]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология