پیوند هیدروژنی؟

1-1-¬ پیوند هیدروژنی
در سال 1912 در کتاب طبیعت پیوند شیمیایی نوشته ی لینوس پائولینگ برای اولین بار به پیوند هیدروژنی اشاره شد.
یک پیوند هیدروژنی، حاصل نیروی جاذبه بین یک اتم الکترونگاتیو و یک هیدروژن متصل به اتم الکترونگاتیو دیگر (از طریق پیوند کووالانسی) است. یک اتم هیدروژن متصل به اتم نسبتاً الکترونگاتیو (این اتم الکترونگاتیو معمولاً فلوئور، نیتروژن یا اکسیژن می¬باشد) به عنوان دهنده ی پیوند هیدروژنی، و اتم الکترونگاتیو دیگر (از قبیل فلوئور، اکسیژن یا نیتروژن) به عنوان پذیرنده ی پیوند هیدروژنی مطرح می باشد.
یک مثال از دهنده ی پیوند هیدروژنی، اتانول است که دارای یک پیوند هیدروژن با اکسیژن می¬باشد، یک مثال از گیرنده ی پیوند هیدروژنی دی اتیل اتر است که اتم هیدروژن متصل به اتم اکسیژن ندارد. این نوع از پیوند در مولکول¬های معدنی، مولکولهای آلی، آب و DNA روی می دهد.
پیوند هیدروژنی مسئول دمای جوش بالای آب (°C100) است، همچنین پیوند هیدروژنی مسئول ساختارهای دوم، سوم، و چهارم پروتئین و اسیدهای نوکلئیک است .
نکته : سوالی که اغلب مطرح می شود این است که هسته هیدروژن به کدام اتم یا مولکول تعلق دارد و کدام مولکول پذیرنده و کدام گیرنده است.
این سوال به راحتی جواب داده خواهد شد، در X-H …Y فاصله¬ی X-H Å1/1 است در حالی که فاصله¬ی H…Y، Å 2 – 6/1 می باشد .

1-2- قدرت پیوند هیدروژنی
از نظر قدرت، پیوند هیدروژنی جایی بین پیوند کووالانسی و برهم¬کنش بین مولکولی الکترواستاتیک است. پیوند هیدروژنی از نظر قدرت می¬تواند خیلی گوناگون باشد، از 1-2 کیلوژول بر مول در حالت خیلی ضعیف، تا بیش از 155 کیلوژول برمول در حالت خیلی قوی، مثلاً[:

F-H … F (Kj/mol 155 یا Kcal/mol 40 )
O-H … N (Kj/mol 29 یا Kcal/mol 9/6 )
O-H … O (Kj/mol 21 یا Kcal/mol 5 )
N-H … N (Kj/mol 13 یا Kcal/mol 1/3 )
N-H … O (Kj/mol 8 یا Kcal/mol 9/1 )
طول پیوند هیدروژنی به دما، فشار و قدرت پیوند بستگی دارد، که خود قدرت پیوند به عواملی مانند دما، فشار، زاویه ی پیوند و محیط وابسته است.


1-3- اتم کربن در پیوند هیدروژنی
اتم کربن نیز می تواند در پیوند هیدروژنی شرکت کند، مخصوصاً وقتی که اتم کربن به چندین اتم الکترونگاتیو متصل باشد مثلاً کلروفرم (CHCl3). پیوند های هیدروژنی ضعیف ماهیت الکترواستاتیک دارند. OH…PH نمونه ای از پیوند هیدروژنی ضعیف است . امروزه پیوند هیدروژنی ضعیف از نوع C-H…O درست مانند انواع قوی خود به طور گسترده وجود دارد. این پیوند در بسیاری از سیستم ها چون بلور ها، پروتئین ها و تعدادی از سیستم های آلی یافت شده -است. این نوع بر هم کنش ها می توانند بین مولکولی یا درون مولکولی باشند، با وجود این که در مقایسه با پیوند هیدروژنی قوی متداول، ضعیف تر هستند، اما به تازگی توجه پژوهشگران را به خود جلب کرده اند . برهم کنش های هیدروژنی ضعیف درون مولکولی به طور عمده بر روند تشکیل ترکیب¬های آلی در محلول ها و در حالت جامد دخالت دارند یکی از قوی ترین شواهدی که ماهیت پیوند هیدروژنی بر هم کنش C-H…O/N را آشکار می کند آن است که با افزایش اسیدیته گروه C-H (دهنده) و افزایش بازیسته اتم O/N (پذیرنده) می توان فاصله H…O را کاهش داد و قدرت پیوند را بالا برد. بدیهی است که انواع متفاوت گروه C-H قابلیت های متفاوتی در ایفای نقش به عنوان دهنده ی پیوند هیدروژنی دارند. این توانائی یا قدرت دهندگی به طور کلی بستگی به هیبرید شدن اتم کربن دارد (C(sp) C(sp2) , ( C(sp3). برای مثال برای هیبرید sp، اگر اتم کربن به یک اتم الکترون کشنده پیوند شود قدرت دهندگی افزایش پیدا می کند



1-4-پیوند هیدروژنی متقارن
یک پیوند هیدروژنی متقارن یک نوع خاص از پیوند هیدروژنی است که در آن پروتون در فضای بین دو اتم مشابه قرار دارد و قدرت پیوند هر دو اتم برابر است (مثلاً پیوند 4 الکترونی 3 مرکزی). این نوع پیوند از پیوند هیدروژنی معمولی قوی تر است و از نظر قدرت با پیوند کووالانسی برابری می¬کند این حالت را می توان در آب تحت فشار بالا، همچنین در فرمیک اسید و هیدرو فلوریک اسید تحت فشار بالا، مشاهده کرد.


1-5- پیوند هیدروژنی در آب
ساده ترین و بهترین مثال از پیوند هیدروژنی در بین مولکول های آب است. تعداد پیوند هیدروژنی در آب مایع با زمان و دما، کم و زیاد می شود. فرمی از آب مایع در دمای °C25 شبیه سازی شده که در این حالت هر مولکول آب دارای 59/3 پیوند هیدروژنی است، در °C100 این تعداد به 24/3 پیوند کاهش می یابد که منجر به افزایش حرکت مولکول ها و کاهش دانسیته می-شود، و در دمای صفر درجه سانتیگراد تعداد پیوند هیدروژنی به 69/3 افزایش می یابد