Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Модель водородных связей (1) между молекулами воды
АСМ- изображение молекул диимида нафталиндетракарбоновой кислоты на кремнии с концевыми серебряными группами, взаимодействующих посредством водородных связей, полученное при 77 К. [1] («Водородные связи» на верхнем изображении преувеличены артефактами метода визуализации [2] [3] )

Водородная связь (часто неформально сокращенно Н-связь ) является главным электростатической силой притяжения между водородом атомом (Н) , который ковалентно связан с более электроотрицательным атомом или группы, в частности, второй ряд элементы азота (N), кислород ( O), или фтора (F) - донора водородной связи (Dn) - и другого электроотрицательного атома, несущего неподеленную пару электронов - акцептора водородной связи (Ac). Такая взаимодействующая система обычно обозначается Dn – H ··· Ac, где сплошная линия обозначает полярную ковалентную связь., а пунктирная или штриховая линия указывает водородную связь. ИЮПАК особо рекомендует использование трех центрированных точек для водородной связи . [4]

Водородные связи могут быть межмолекулярными (возникающими между отдельными молекулами) или внутримолекулярными (возникающими между частями одной и той же молекулы). [5] [6] [7] [8] В зависимости от природы донорных и акцепторных атомов, составляющих связь, их геометрии и окружения, энергия водородной связи может варьироваться от 1 до 40 ккал / моль. [9] Это делает их несколько сильнее, чем взаимодействие Ван-дер-Ваальса , и слабее, чем полностью ковалентные или ионные связи . Этот тип связи может возникать в неорганических молекулах, таких как вода, и в органических молекулах, таких как ДНК и белки.

Водородная связь отвечает за многие аномальные физические и химические свойства соединений N, O и F. В частности, межмолекулярная водородная связь отвечает за высокую температуру кипения воды (100 ° C) по сравнению с другой группой 16. гидриды, которые имеют гораздо более слабые водородные связи. [10] Внутримолекулярные водородные связи частично ответственны за вторичные и третичные структуры белков и нуклеиновых кислот . Он также играет важную роль в структуре полимеров , как синтетических, так и природных.

Более слабые водородные связи [11] известны для атомов водорода, связанных с такими элементами, как сера (S) или хлор (Cl); даже углерод (C) может служить донором, особенно когда углерод или один из его соседей электроотрицателен (например, в хлороформе, альдегидах и концевых ацетиленах). [12] [13] Постепенно было обнаружено, что существует множество примеров более слабой водородной связи с участием донора, отличного от N, O или F, и / или акцептора Ac с электроотрицательностью, приближающейся к водородной (а не намного более электроотрицательной). Хотя эти «нетрадиционные» взаимодействия водородных связей часто довольно слабые (~ 1 ккал / моль), они также распространены повсеместно и все чаще признаются важными элементами контроля во взаимодействиях рецептор-лиганд в медицинской химии или внутри- / межмолекулярных взаимодействиях в материалах. науки. Определение водородной связи со временем постепенно расширилось и теперь включает эти более слабые взаимодействия притяжения. В 2011 году рабочая группа IUPAC рекомендовала современное определение водородных связей, основанное на фактических данных, которое было опубликовано в IUPAC.журнал Чистая и прикладная химия . Это определение указывает:

Водородная связь - это притягивающее взаимодействие между атомом водорода из молекулы или молекулярного фрагмента X – H, в котором X является более электроотрицательным, чем H, и атомом или группой атомов в той же или другой молекуле, в которой имеется свидетельство образования облигаций. [14]

В рамках более подробного списка критериев публикация IUPAC признает, что привлекательное взаимодействие может возникать в результате некоторой комбинации электростатики (мультиполь-мультипольные и мультипольные мультипольные взаимодействия), ковалентности (перенос заряда посредством перекрытия орбит) и дисперсии (Лондон сил) и заявляет, что относительная важность каждого из них будет варьироваться в зависимости от системы. Однако в сноске к критерию рекомендуется исключить взаимодействия, в которых дисперсия является основным фактором, в частности, приводя Ar --- CH 4 и CH 4 --- CH 4 в качестве примеров таких взаимодействий, которые следует исключить из определения. [4]

Тем не менее, большинство вводных учебников по-прежнему ограничивают определение водородной связи «классическим» типом водородной связи, описанным в первом абзаце.

Связь [ править ]

Пример межмолекулярной водородной связи в самоорганизующемся димерном комплексе. [15] Водородные связи представлены пунктирными линиями.
Внутримолекулярная водородная связь в ацетилацетоне помогает стабилизировать енольный таутомер .

Определения и общие характеристики [ править ]

Атом водорода, присоединенный к относительно электроотрицательному атому, является донором водородной связи . [16] Связи CH участвуют в образовании водородных связей только тогда, когда атом углерода связан с электроотрицательными заместителями, как в случае с хлороформом , CHCl 3 . [17] В водородной связи электроотрицательный атом, не связанный ковалентно с водородом, называется акцептором протона, а атом, ковалентно связанный с водородом, называется донором протона. Хотя эта номенклатура рекомендована IUPAC, [4]это может ввести в заблуждение, поскольку в других донорно-акцепторных связях назначение донора / акцептора основано на источнике электронной пары (такая номенклатура также используется для водородных связей некоторыми авторами [9] ). В доноре водородной связи H-центр протонный. Донор - кислота Льюиса. Водородные связи представлены системой H ··· Y, где точки представляют водородную связь. Жидкости с водородными связями (например, вода) называются ассоциированными жидкостями .

Примеры доноров водородных связей (доноры) и акцепторов водородных связей (акцепторы)
Циклический димер уксусной кислоты; пунктирные зеленые линии представляют водородные связи

Водородная связь часто описывается как электростатическое диполь-дипольное взаимодействие . Однако он также обладает некоторыми особенностями ковалентной связи : он направлен и прочен, создает межатомные расстояния короче суммы ван-дер-ваальсовых радиусов и обычно включает ограниченное количество партнеров по взаимодействию, что можно интерпретировать как тип валентности. . Эти ковалентные свойства становятся более существенными, когда акцепторы связывают атомы водорода от более электроотрицательных доноров.

Прочность связи [ править ]

Водородные связи могут различаться по силе от слабой (1-2 кДж моль -1 ) до сильной (161,5 кДж моль -1 в ионе HF.- 2). [18] [19] Типичные энтальпии пара включают: [20]

  • F − H ···: F (161,5 кДж / моль или 38,6 ккал / моль), однозначно иллюстрируется HF 2 - , бифторидом
  • O-H ···: N (29 кДж / моль или 6,9 ккал / моль), проиллюстрировано вода-аммиак
  • O-H ···: O (21 кДж / моль или 5,0 ккал / моль), показано вода-вода, спирт-спирт
  • N − H ···: N (13 кДж / моль или 3,1 ккал / моль), проиллюстрировано аммиаком-аммиаком
  • N − H ···: O (8 кДж / моль или 1,9 ккал / моль), проиллюстрирован водный амид
  • ОЙ+
    3    ···: ОН
    2     (18 кДж / моль [21] или 4,3 ккал / моль)

Прочность межмолекулярных водородных связей чаще всего оценивается путем измерения равновесия между молекулами, содержащими донорные и / или акцепторные звенья, чаще всего в растворе. [22] Сила внутримолекулярных водородных связей может быть изучена с помощью равновесия между конформерами с водородными связями и без них. Важнейшим методом идентификации водородных связей даже в сложных молекулах является кристаллография , иногда также ЯМР-спектроскопия. Структурные детали, в частности, расстояния между донором и акцептором, которые меньше суммы ван-дер-ваальсовых радиусов, могут быть приняты как показатель прочности водородной связи.

Одна схема дает следующую несколько произвольную классификацию: те, которые составляют от 15 до 40 ккал / моль, от 5 до 15 ккал / моль и> от 0 до 5 ккал / моль, считаются сильными, умеренными и слабыми соответственно.

Структурные детали [ править ]

Расстояние X − H обычно составляет ≈110  пм , тогда как расстояние H ··· Y составляет от ≈160 до 200 пм. Типичная длина водородной связи в воде составляет 197 мкм. Идеальный угол связи зависит от природы донора водородной связи. Следующие углы водородной связи между донором плавиковой кислоты и различными акцепторами были определены экспериментально: [23]

Акцептор ··· донорГеометрия VSEPRУгол (°)
HCN ··· HFлинейный180
H 2 CO ··· HFтригонально плоский120
H 2 O ··· HFпирамидальный46
H 2 S ··· HFпирамидальный89
SO 2 ··· HFтригональный142

Спектроскопия [ править ]

Сильные водородные связи выявлены слабого поля сдвигов в 1 спектра Н - ЯМР . Например, кислотный протон в еноловом таутомере ацетилацетона появляется при δ H 15,5, что составляет примерно 10 м.д. в слабом поле по сравнению с обычным спиртом. [24]

В ИК-спектре водородная связь сдвигает частоту растяжения XH в сторону более низкой энергии (т.е. частота колебаний уменьшается). Этот сдвиг отражает ослабление связи XH. Определенные водородные связи - неправильные водородные связи - показывают синий сдвиг частоты растяжения XH и уменьшение длины связи. [25] H-связи можно также измерить с помощью ИК-сдвигов мод колебаний акцептора. Амидный режим I карбонилов основной цепи в α-спиралях смещается в сторону более низких частот, когда они образуют Н-связи с гидроксильными группами боковых цепей. [26]

Теоретические соображения [ править ]

Водородная связь представляет постоянный теоретический интерес. [27] Согласно современному описанию, O: HO объединяет как межмолекулярную неподеленную пару O: H ":", не связанную, так и внутримолекулярную полярно-ковалентную связь HO, связанную с OO-отталкивающим взаимодействием. [28]

Квантово-химические расчеты соответствующих констант межостаточного потенциала (констант соответствия) показали [ как? ] большие различия между отдельными Н-связями одного типа. Например, центральная водородная связь между остатками N-H ··· N между гуанином и цитозином намного сильнее по сравнению со связью N-H ··· N между парой аденин-тимин. [29]

Теоретически прочность водородных связей можно оценить с помощью индекса NCI, индекса нековалентных взаимодействий , который позволяет визуализировать эти нековалентные взаимодействия , как указывает его название, с использованием электронной плотности системы.

Из интерпретаций анизотропий в профиле комптоновского обычного льда , что водородная связь частично ковалентная. [30] Однако эта интерпретация подверглась сомнению. [31]

В большинстве случаев водородную связь можно рассматривать как зависящее от метрики электростатическое скалярное поле между двумя или более межмолекулярными связями. Это немного отличается от внутримолекулярных связанных состояний , например, ковалентных или ионных связей ; однако водородная связь обычно все еще является явлением связанного состояния , поскольку энергия взаимодействия имеет отрицательную сумму. Первоначальная теория водородных связей, предложенная Линусом Полингом, предполагала, что водородные связи имеют частично ковалентную природу. Эта интерпретация не остается спорным до методов ЯМРпродемонстрировал передачу информации между ядрами с водородными связями, что было бы возможно только в том случае, если бы водородная связь имела какой-то ковалентный характер. [32]

История [ править ]

Когда-то концепция водородной связи была сложной. [33] Линус Полинг приписывает Т.С. Муру и Т.Ф. Винмиллу первое упоминание о водородной связи в 1912 году. [34] [35] Мур и Винмилл использовали водородную связь для объяснения того факта, что гидроксид триметиламмония является более слабым основанием, чем тетраметиламмоний. гидроксид . Описание водородной связи в ее более известной установке, воде, появилось несколько лет спустя, в 1920 году, от Латимера и Родебуша. [36] В этой статье Латимер и Родебуш цитируют работу коллеги-ученого из своей лаборатории Мориса Лояла Хаггинса., говоря: «Г-н Хаггинс из этой лаборатории в некоторых работах, еще не опубликованных, использовал идею водородного ядра, удерживаемого между двумя атомами, как теорию в отношении определенных органических соединений».

Водородные связи в биомолекулах [ править ]

Кристаллическая структура гексагонального льда. Серые пунктирные линии обозначают водородные связи.
Структура бис (диметилглиоксимата) никеля , которая имеет две линейные водородные связи.

Биомолекулы [ править ]

Вездесущий пример водородной связи обнаруживается между молекулами воды . В дискретной молекуле воды есть два атома водорода и один атом кислорода. Две молекулы воды могут образовывать водородную связь между собой, то есть связь кислород-водород ; простейший случай, когда присутствуют только две молекулы, называется димером воды.и часто используется как модельная система. Когда присутствует больше молекул, как в случае с жидкой водой, возможно больше связей, потому что кислород одной молекулы воды имеет две неподеленные пары электронов, каждая из которых может образовывать водородную связь с водородом на другой молекуле воды. Это может повторяться так, что каждая молекула воды имеет водородную связь с четырьмя другими молекулами, как показано на рисунке (две через две неподеленные пары и две через два атома водорода). Водородные связи сильно влияет на кристаллическую структуру из льда , что помогает создать открытую гексагональную решетку. Плотность льда меньше плотности воды при той же температуре; таким образом, твердая фаза воды плавает на жидкости, в отличие от большинства других веществ.

Высокая температура кипения жидкой воды обусловлена ​​большим количеством водородных связей, которые может образовывать каждая молекула, по сравнению с ее низкой молекулярной массой . Из-за сложности разрыва этих связей вода имеет очень высокую температуру кипения, точку плавления и вязкость по сравнению с аналогичными жидкостями, не связанными водородными связями. Вода уникальна, потому что ее атом кислорода состоит из двух неподеленных пар и двух атомов водорода, а это означает, что общее количество связей в молекуле воды достигает четырех.

Количество водородных связей, образованных молекулой жидкой воды, колеблется со временем и температурой. [37] Из TIP4P моделирования жидкой воды при 25 ° С, было подсчитано , что каждая молекула воды участвует в среднем 3,59 водородных связей. При 100 ° C это число уменьшается до 3,24 из-за увеличения молекулярного движения и уменьшения плотности, а при 0 ° C среднее количество водородных связей увеличивается до 3,69. [37] Другое исследование показало гораздо меньшее количество водородных связей: 2,357 при 25 ° C. [38] Различия могут быть связаны с использованием другого метода для определения и подсчета водородных связей.

Там, где силы связи более эквивалентны, вместо этого можно было бы найти атомы двух взаимодействующих молекул воды, разделенных на два многоатомных иона с противоположным зарядом, в частности, гидроксид (OH - ) и гидроксоний (H 3 O + ). (Ионы гидроксония также известны как ионы «гидроксония».)

H − O - H 3 O +

Действительно, в чистой воде при стандартных температуре и давлении эта последняя формулировка применима лишь в редких случаях; в среднем примерно одна из каждых 5,5 × 10 8 молекул отдает протон другой молекуле воды в соответствии со значением константы диссоциации воды в таких условиях. Это важнейшая составляющая уникальности воды.

Поскольку вода может образовывать водородные связи с донорами и акцепторами растворенных протонов, она может конкурентно ингибировать образование межмолекулярных или внутримолекулярных водородных связей растворенных веществ. Следовательно, водородные связи между или внутри молекул растворенных веществ, растворенных в воде, почти всегда неблагоприятны по сравнению с водородными связями между водой и донорами и акцепторами водородных связей в этих растворенных веществах. [39] Водородные связи между молекулами воды имеют среднее время жизни 10 -11 секунд или 10 пикосекунд. [40]

Бифуркационные и сверхкоординированные водородные связи в воде [ править ]

Один атом водорода может участвовать в двух водородных связях, а не в одной. Этот тип скрепления называется «раздвоенным» (разделенным на две части или «двояким»). Он может существовать, например, в сложных природных или синтетических органических молекулах. [41] Было высказано предположение, что разветвленный атом водорода является важным этапом переориентации воды. [42]
Водородные связи акцепторного типа (заканчивающиеся на неподеленных парах кислорода) с большей вероятностью образуют бифуркацию (это называется перекоординированным кислородом, ОСО), чем водородные связи донорного типа, начиная с тех же атомов водорода. [43]

Другие жидкости [ править ]

Например, фтороводород, который имеет три неподеленных пары на атоме F, но только один атом H, может образовывать только две связи; (У аммиака противоположная проблема: три атома водорода, но только одна неподеленная пара).

H − F ··· H − F ··· H − F

Дальнейшие проявления водородной связи растворителя [ править ]

  • Повышение температуры плавления , кипения , растворимости и вязкости многих соединений можно объяснить концепцией водородной связи.
  • Отрицательная азеотропия смесей HF и воды
  • Тот факт, что лед менее плотен, чем жидкая вода, связан с кристаллической структурой, стабилизированной водородными связями.
  • Значительно более высокие температуры кипения NH 3 , H 2 O и HF по сравнению с более тяжелыми аналогами PH 3 , H 2 S и HCl, где водородные связи отсутствуют.
  • Вязкость безводной фосфорной кислоты и глицерина
  • Образование димера в карбоновых кислотах и образование гексамера во фтористом водороде , которые происходят даже в газовой фазе, что приводит к грубым отклонениям от закона идеального газа .
  • Пентамерообразование воды и спиртов в неполярных растворителях.

Водородные связи в полимерах [ править ]

Водородная связь играет важную роль в определении трехмерных структур и свойств многих синтетических и природных белков. По сравнению со связями CC, CO и CN, которые составляют большинство полимеров, водородные связи намного слабее, возможно, на 5%. Таким образом, водородные связи могут быть разорваны химическими или механическими средствами при сохранении основной структуры основной цепи полимера. Эта иерархия прочности связи (ковалентные связи сильнее, чем водородные связи, сильнее, чем силы Ван-дер-Ваальса) является ключом к пониманию свойств многих материалов. [44]

ДНК [ править ]

Строение части двойной спирали ДНК
Водородная связь между гуанином и цитозином , одним из двух типов пар оснований в ДНК

В этих макромолекулах соединение между частями одной и той же макромолекулы заставляет ее складываться в определенную форму, что помогает определить физиологическую или биохимическую роль молекулы. Например, двойная спиральная структура ДНК в значительной степени обусловлена ​​водородными связями между ее парами оснований (а также взаимодействиями pi-стэкинга ), которые связывают одну комплементарную цепь с другой и обеспечивают репликацию .

Белки [ править ]

Во вторичной структуре белков водородные связи образуются между атомами кислорода основной цепи и амидными атомами водорода. Когда расстояние между аминокислотными остатками, участвующими в водородной связи, происходит регулярно между положениями i и i  + 4, образуется альфа-спираль . Когда расстояние меньше, между позициями я и я  + 3, затем 3 10 спирали образуются. Когда две нити соединены водородными связями с участием чередующихся остатков на каждой участвующей нити, бета-листсформирован. Водородные связи также играют роль в формировании третичной структуры белка за счет взаимодействия R-групп. (См. Также сворачивание белка ).

Системы раздвоенных Н-связей являются обычными в альфа-спиральных трансмембранных белках между амидом основной цепи C = O остатка i в качестве акцептора Н-связи и двумя донорами Н-связи от остатка i + 4 : амидом основной цепи NH и боковой цепью гидроксил или тиол H + . Энергетическая предпочтительность системы гидроксила или тиола с раздвоенной Н-связью составляет -3,4 ккал / моль или -2,6 ккал / моль, соответственно. Этот тип раздвоенной Н-связи обеспечивает внутриспирального партнера по Н-связыванию для полярных боковых цепей, таких как серин , треонин и цистеин, в среде гидрофобной мембраны. [26]

Роль водородных связей в сворачивании белка также была связана со стабилизацией белка, индуцированной осмолитом. Защитные осмолиты, такие как трегалоза и сорбит , смещают равновесие укладки белка в сторону свернутого состояния в зависимости от концентрации. В то время как распространенное объяснение действия осмолита основывается на эффектах исключенного объема, которые являются энтропийными по своей природе, эксперименты с круговым дихроизмом (ЦД) показали, что осмолит действует посредством энтальпического эффекта. [45] Молекулярный механизм их роли в стабилизации белков до сих пор не установлен, хотя было предложено несколько механизмов. Компьютерная молекулярная динамикамоделирования показывают, что осмолиты стабилизируют белки, изменяя водородные связи в слое гидратации белка. [46]

Несколько исследований показали, что водородные связи играют важную роль для стабильности между субъединицами в мультимерных белках. Например, исследование сорбитолдегидрогеназы показало важную сеть водородных связей, которая стабилизирует тетрамерную четвертичную структуру в семействе белков сорбитолдегидрогеназы млекопитающих. [47]

Водородная связь остова белка, не полностью защищенная от воздействия воды, представляет собой дегидрон . Дегидроны способствуют удалению воды за счет связывания белков или лигандов . Экзогенная дегидратация усиливает электростатическое взаимодействие между амидной и карбонильной группами, снимая экранирование их частичных зарядов . Кроме того, дегидратация стабилизирует водородную связь, дестабилизируя несвязанное состояние, состоящее из обезвоженных изолированных зарядов . [48]

Шерсть , будучи белковым волокном, удерживается водородными связями, заставляя шерсть отскакивать при растяжении. Однако стирка при высоких температурах может навсегда разорвать водородные связи, и одежда может навсегда потерять свою форму.

Целлюлоза [ править ]

Водородные связи важны в структуре целлюлозы и производных полимеров во многих различных формах в природе, таких как хлопок и лен .

Параарамидная структура
Нить целлюлозы (конформация I α ), показывающая водородные связи (пунктир) внутри и между молекулами целлюлозы.

Синтетические полимеры [ править ]

Многие полимеры усилены водородными связями внутри и между цепями. Среди синтетических полимеров хорошо охарактеризованным примером является нейлон , где водородные связи возникают в повторяющемся звене и играют важную роль в кристаллизации материала. Связи возникают между карбонильной и аминогруппой в повторяющейся амидной единице. Они эффективно связывают соседние цепи, укрепляя материал. Эффект велик в арамидном волокне , где водородные связи стабилизируют линейные цепи в поперечном направлении. Оси цепи выровнены вдоль оси волокна, что делает волокна чрезвычайно жесткими и прочными.

Сети с водородными связями делают как природные, так и синтетические полимеры чувствительными к уровню влажности в атмосфере, поскольку молекулы воды могут диффундировать к поверхности и разрушать сеть. Некоторые полимеры более чувствительны, чем другие. Таким образом, нейлон более чувствителен, чем арамид , а нейлон 6 более чувствителен, чем нейлон-11 .

Симметричная водородная связь [ править ]

Симметрична водородная связь представляет собой особый тип водородной связи , в котором протон находится на расстоянии точно посередине между двумя одинаковыми атомами. Сила связи с каждым из этих атомов одинакова. Это пример трехцентровой четырехэлектронной связи . Этот тип связи намного прочнее, чем «нормальная» водородная связь. Эффективный порядок связи составляет 0,5, поэтому его прочность сопоставима с ковалентной связью. Это наблюдается во льду при высоком давлении, а также в твердой фазе многих безводных кислот, таких как плавиковая кислота и муравьиная кислота при высоком давлении. Это также видно в бифторид- ионе [F - H - F] -. Из-за строгих стерических ограничений протонированная форма Proton Sponge (1,8-бис (диметиламино) нафталин) и его производные также имеют симметричные водородные связи ([N - H - N] + ), [49] хотя в В случае протонированной протонной губки сборка изогнута. [50]

Дигидрогенная связь [ править ]

Водородную связь можно сравнить с близкородственной дигидрогенной связью , которая также представляет собой межмолекулярное связывающее взаимодействие с участием атомов водорода. Эти структуры были известны в течение некоторого времени и хорошо охарактеризованы кристаллографией ; [51] однако понимание их отношения к обычной водородной связи, ионной связи и ковалентной связи остается неясным. Как правило, водородная связь характеризуется акцептором протона, который представляет собой неподеленную пару электронов в неметаллических атомах (особенно в группах азота и халькогена ). В некоторых случаях эти акцепторы протонов могут быть пи-связями.или комплексы металлов . Однако в дигидрогенной связи гидрид металла служит акцептором протонов, таким образом формируя водород-водородное взаимодействие. Дифракция нейтронов показала, что молекулярная геометрия этих комплексов аналогична водородным связям, поскольку длина связи очень хорошо адаптируется к системе металлический комплекс / донор водорода. [51]

Динамика исследована спектроскопическими средствами [ править ]

Динамику структур водородных связей в воде можно исследовать по ИК-спектру валентных колебаний ОН. [52] В сетке водородных связей в протонных органических ионных пластиковых кристаллах (POIPC), которые представляют собой тип материала с фазовым переходом, демонстрирующий фазовые переходы твердое тело-твердое до плавления, инфракрасная спектроскопия при переменной температуре может выявить температурную зависимость водородных связей и динамика как анионов, так и катионов. [53] Внезапное ослабление водородных связей во время фазового перехода твердое тело-твердое, по-видимому, связано с началом ориентационного или вращательного беспорядка ионов. [53]

Приложение к лекарствам [ править ]

Водородная связь - ключ к созданию лекарств. Согласно правилу пяти Липински, большинство перорально активных лекарств имеют от пяти до десяти водородных связей. Эти взаимодействия существуют между азотом - водород и кислородом -пероксидом центрами. [54] Как и во многих других практических правилах , существует множество исключений.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Sweetman, AM; Джарвис, ИП; Пел, Хунцянь; Леккас, I .; Rahe, P .; Ван, Ю; Ван, Цзяньбо; Champness, NR; Канторович, Л .; Мориарти, П. (2014). «Отображение силового поля сборки с водородной связью» . Nature Communications . 5 : 3931. Bibcode : 2014NatCo ... 5.3931S . DOI : 10.1038 / ncomms4931 . PMC  4050271 . PMID  24875276 .
  2. ^ Хапала, Прокоп; Кичин, Георгий; Вагнер, Кристиан; Тауц, Ф. Стефан; Темиров, Руслан; Елинек, Павел (19.08.2014). «Механизм получения изображений СТМ / АСМ высокого разрешения с функционализированными наконечниками». Physical Review B . 90 (8): 085421. arXiv : 1406.3562 . Bibcode : 2014PhRvB..90h5421H . DOI : 10.1103 / PhysRevB.90.085421 .
  3. ^ Hämäläinen, Sampsa K .; ван дер Хейден, Надин; ван дер Лит, Йост; ден Хартог, Стефан; Лилиерот, Питер; Сварт, Ингмар (2014-10-31). «Межмолекулярный контраст в изображениях атомно-силовой микроскопии без межмолекулярных связей» . Письма с физическим обзором . 113 (18): 186102. arXiv : 1410.1933 . Bibcode : 2014PhRvL.113r6102H . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.113.186102 . PMID 25396382 . Архивировано из оригинала на 2018-01-20 . Проверено 30 августа 2017 . 
  4. ^ a b c Арунан, Эланганнан; Desiraju, Gautam R .; Klein, Roger A .; Садлей, Джоанна; Шайнер, Стив; Алькорта, Ибон; Клэри, Дэвид К .; Крэбтри, Роберт Х .; Данненберг, Джозеф Дж. (08.07.2011). «Определение водородной связи (Рекомендации ИЮПАК 2011 г.)» . Чистая и прикладная химия . 83 (8): 1637–1641. DOI : 10.1351 / PAC-REC-10-01-02 . ISSN 1365-3075 . 
  5. ^ Пиментель, Г. Классика Франклина водородной связи , 2018), ISBN 0343171600 
  6. ^ Джеффри, Джорджия; Введение в водородную связь ; Издательство Оксфордского университета, Нью-Йорк, 1997. ISBN 0195095499 
  7. ^ Джеффри, Джорджия; Saenger, W. Водородная связь в биологических структурах ; Спрингер: Берлин, 1994, Спрингер 2012 ; ISBN 3540579036 
  8. ^ IUPAC , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн исправленная версия: (2006–) « водородная связь ». DOI : 10,1351 / goldbook.H02899
  9. ^ a b Штайнер, Томас (2002). «Водородная связь в твердом теле». Энгью. Chem. Int. Эд. 41 : 48–76. DOI : 10.1002 / 1521-3773 (20020104) 41: 1 <48 :: АИД-ANIE48> 3.0.CO; 2-У .
  10. ^ Сабин, Джон Р. (1971). «Водородные связи с участием серы. I. Димер сероводорода». Варенье. Chem. Soc . 93 (15): 3613–3620. DOI : 10.1021 / ja00744a012 .
  11. ^ Десираджу, Г. Р. и Штайнер, Т. Слабая водородная связь: в структурной химии и биологии, Международный союз кристаллографии; 2001 , ISBN 0198509707 
  12. ^ Nishio, M .; Hirota, M .; Умедзава, Ю. CH – π-взаимодействия ; Wiley-VCH, Нью-Йорк, 1998. • Wiley-VCH; 1998) ISBN 0471252905 
  13. Перейти ↑ Nishio, M (2011). «Водородная связь CH / [small pi] в химии». Название: Phys. Chem. Chem. Phys . 13 : 13873–13900. Doi : 10.1039 / c1cp20404a .
  14. ^ Арунан, Эланганнан; Desiraju, Gautam R .; Klein, Roger A .; Садлей, Джоанна; Шайнер, Стив; Алькорта, Ибон; Клэри, Дэвид К .; Крэбтри, Роберт Х .; Данненберг, Джозеф Дж .; Хобза, Павел; Kjaergaard, Henrik G .; Legon, Anthony C .; Меннуччи, Бенедетта; Несбитт, Дэвид Дж. (2011). «Определение водородной связи». Pure Appl. Chem. 83 (8): 1637–1641. DOI : 10.1351 / PAC-REC-10-01-02 .
  15. ^ Beijer, Felix H .; Коойман, Хуб; Spek, Anthony L .; Sijbesma, Rint P .; Мейер, EW (1998). «Самодополняемость достигается за счет четверной водородной связи». Энгью. Chem. Int. Эд. 37 (1–2): 75–78. DOI : 10.1002 / (SICI) 1521-3773 (19980202) 37: 1/2 <75 :: AID-ANIE75> 3.0.CO; 2-R .
  16. ^ Кэмпбелл, Нил А .; Брэд Уильямсон; Робин Дж. Хейден (2006). Биология: изучение жизни . Бостон, Массачусетс: Пирсон Прентис Холл. ISBN 978-0-13-250882-7. Архивировано из оригинала на 2014-11-02 . Проверено 11 ноября 2008 .
  17. ^ Wiley, GR; Миллер, С.И. (1972). «Термодинамические параметры водородной связи хлороформа с основаниями Льюиса в циклогексане. Исследование протонного магнитного резонанса». Журнал Американского химического общества . 94 (10): 3287. DOI : 10.1021 / ja00765a001 .
  18. ^ Ларсон, JW; МакМахон, ТБ (1984). «Газофазные бигалогенидные и псевдобигалогенидные ионы. Ионно-циклотронное резонансное определение энергий водородных связей в XHY-частицах (X, Y = F, Cl, Br, CN)» . Неорганическая химия . 23 (14): 2029–2033. DOI : 10.1021 / ic00182a010 .
  19. ^ Emsley, J. (1980). «Очень прочные водородные связи». Обзоры химического общества . 9 (1): 91–124. DOI : 10.1039 / cs9800900091 .
  20. ^ В. Дэвид, Н. Гринберг, SC Moldoveanu в достижениях в хроматографии Том 54 (Ред .: Э. Грушка, Н. Гринберг), CRC Press, Бока-Ратон, 2018 , глава 3.
  21. ^ Данные, полученные с использованием молекулярной динамики, как подробно описано в справочнике, следует сравнить с 7,9 кДж / моль для объемной воды, полученными с использованием того же расчета. Маркович, Омер; Агмон, Ноам (2007). «Строение и энергетика гидратных оболочек гидрокония» (PDF) . J. Phys. Chem. . 111 (12): 2253–2256. Bibcode : 2007JPCA..111.2253M . CiteSeerX 10.1.1.76.9448 . DOI : 10.1021 / jp068960g . PMID 17388314 . Архивировано из оригинального (PDF) 13 августа 2014 года . Получено    2017-10-25 .
  22. Перейти ↑ Biedermann F, Schneider HJ (май 2016 г.). «Экспериментальные энергии связи в супрамолекулярных комплексах». Химические обзоры . 116 (9): 5216–300. DOI : 10.1021 / acs.chemrev.5b00583 . PMID 27136957 . 
  23. ^ Legon, AC; Миллен, DJ (1987). «Угловая геометрия и другие свойства димеров с водородными связями: простая электростатическая интерпретация успеха модели электронных пар». Обзоры химического общества . 16 : 467. DOI : 10.1039 / CS9871600467 .
  24. ^ Friebolin, H., "Основная одномерная и двумерная спектроскопия ЯМР, 4-е изд.", VCH: Weinheim, 2008. ISBN 978-3-527-31233-7 
  25. ^ Hobza Р, Havlas Z (2000). «Голубые водородные связи». Chem. Ред . 100 (11): 4253–4264. DOI : 10.1021 / cr990050q . PMID 11749346 . 
  26. ^ a b Feldblum, Esther S .; Аркин, Исайя Т. (2014). «Прочность бифуркационной Н-связи» . Труды Национальной академии наук . 111 (11): 4085–4090. DOI : 10.1073 / pnas.1319827111 . PMC 3964065 . PMID 24591597 .  
  27. ^ Weinhold, Франк; Кляйн, Роджер А. (2014). «Что такое водородная связь? Резонансная ковалентность в супрамолекулярном домене». Исследования и практика химического образования . 15 : 276–285. DOI : 10.1039 / c4rp00030g .
  28. ^ Вс, CQ; Солнце, Йи (2016). Атрибут воды: одно понятие, множество мифов . ISBN 978-981-10-0178-9.
  29. ^ Grunenberg, Йорг (2004). «Прямая оценка сил между остатками в базовых парах Ватсона-Крика с использованием теоретических констант соответствия». Журнал Американского химического общества . 126 (50): 16310–1. DOI : 10.1021 / ja046282a . PMID 15600318 . 
  30. ^ Айзекс, ED; и другие. (1999). "Ковалентность водородной связи во льду: прямое рентгеновское измерение". Письма с физическим обзором . 82 (3): 600–603. Bibcode : 1999PhRvL..82..600I . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.82.600 .
  31. ^ Ghanty, Tapan K .; Староверов, Виктор Н .; Корен, Патрик Р .; Дэвидсон, Эрнест Р. (1 февраля 2000 г.). «Является ли водородная связь в димере воды и льду ковалентной?». Журнал Американского химического общества . 122 (6): 1210–1214. DOI : 10.1021 / ja9937019 . ISSN 0002-7863 . 
  32. ^ Кордье, F; Роговский, М; Grzesiek, S; Бакс, А (1999). «Наблюдение сквозной водородной связи (2h) J (HC ') в пердейтерированном белке» . Дж. Магн Резон . 140 (2): 510–2. Bibcode : 1999JMagR.140..510C . DOI : 10,1006 / jmre.1999.1899 . PMID 10497060 . 
  33. ^ Нидхэм, Пол (2013). «Водородная связь: начало сложной химической концепции». Исследования в области истории и философии науки Часть А . 44 : 51–65. DOI : 10.1016 / j.shpsa.2012.04.001 .
  34. ^ Полинг, Л. (1960). Природа химической связи и строение молекул и кристаллов; введение в современную структурную химию (3-е изд.). Итака (Нью-Йорк): Издательство Корнельского университета. п. 450 . ISBN 978-0-8014-0333-0.
  35. ^ Мур, TS; Уинмилл, Т.Ф. (1912). «Состояние аминов в водном растворе». J. Chem. Soc . 101 : 1635 DOI : 10.1039 / CT9120101635 .
  36. ^ Латимер, Венделл М .; Родебуш, Уорт Х. (1920). «Полярность и ионизация с точки зрения теории валентности Льюиса» . Журнал Американского химического общества . 42 (7): 1419–1433. DOI : 10.1021 / ja01452a015 .
  37. ^ а б Йоргенсен, WL; Мадура, JD (1985). «Температурная и размерная зависимость для моделирования воды TIP4P методом Монте-Карло». Мол. Phys. 56 (6): 1381. Bibcode : 1985MolPh..56.1381J . DOI : 10.1080 / 00268978500103111 .
  38. ^ Zielkiewicz Ян (2005). «Структурные свойства воды: Сравнение моделей воды SPC, SPCE, TIP4P и TIP5P». J. Chem. Phys. 123 (10): 104501. Bibcode : 2005JChPh.123j4501Z . DOI : 10.1063 / 1.2018637 . PMID 16178604 .  
  39. ^ Дженкс, Уильям; Дженкс, Уильям П. (1986). «Водородная связь между растворенными веществами в водном растворе». Варенье. Chem. Soc. 108 (14): 4196. DOI : 10.1021 / ja00274a058 .
  40. Перейти ↑ Dillon, PF (2012). Биофизика: физиологический подход . Издательство Кембриджского университета. п. 37. ISBN 978-1-139-50462-1.
  41. ^ Барон, Мишель; Джорджи-Рено, Сильвиана; Рено, Жан; Майет, Патрик; Карре, Даниэль; Этьен, Жан (1984). "Гетероциклы с функциональным хиноном. V. Нормальная реакция бутандиона на диамино-1,2 антрахинон; кристаллическая структура нафто [2,3-f] хиноксалиндиона-7,12 продукта». Может. J. Chem . 62 (3): 526–530. DOI : 10.1139 / v84-087 .
  42. ^ Лааге, Дэмиен; Хайнс, Джеймс Т. (2006). «Механизм молекулярного скачка для переориентации воды». Наука . 311 (5762): 832–5. Bibcode : 2006Sci ... 311..832L . DOI : 10.1126 / science.1122154 . PMID 16439623 . 
  43. ^ Маркович, Омер; Агмон, Ноам (2008). «Распределение акцепторных и донорных водородных связей в жидкой воде». Молекулярная физика . 106 (2): 485. Bibcode : 2008MolPh.106..485M . DOI : 10.1080 / 00268970701877921 .
  44. ^ Shiao-Вэй Го (2018). Водородная связь в полимерных материалах . Wiley-VCH.
  45. ^ Полити, Регина; Харрис, Дэниел (2010). «Энтальпически управляемая стабилизация пептидов защитными осмолитами». ChemComm . 46 (35): 6449–6451. DOI : 10.1039 / C0CC01763A . PMID 20657920 . 
  46. ^ Гилман-Полити, Регина; Харрис, Дэниел (2011). «Раскрытие молекулярного механизма энтальпийного свертывания пептидов с помощью осмолитов полиолов». Журнал химической теории и вычислений . 7 (11): 3816–3828. DOI : 10.1021 / ct200455n . PMID 26598272 . 
  47. ^ Hellgren, M .; Kaiser, C .; de Haij, S .; Norberg, A .; Höög, JO (декабрь 2007 г.). «Сеть водородных связей в сорбитолдегидрогеназе млекопитающих стабилизирует тетрамерное состояние и имеет важное значение для каталитической силы». Клеточные и молекулярные науки о жизни . 64 (23): 3129–38. DOI : 10.1007 / s00018-007-7318-1 . PMID 17952367 . 
  48. ^ Фернандес, А .; Rogale K .; Скотт Риджуэй; Scheraga HA (июнь 2004 г.). «Дизайн ингибитора путем обертывания дефектов упаковки в белках ВИЧ-1» . Труды Национальной академии наук . 101 (32): 11640–5. Bibcode : 2004PNAS..10111640F . DOI : 10.1073 / pnas.0404641101 . PMC 511032 . PMID 15289598 .  
  49. ^ Хашаяр Раджабимогхадам Юсеф Дарвиш Умиина Башир Дилан Питман Сидни Эйхельбергер Максим А. Сиглер Марсель Сварт Исаак Гарсия-Бош Аэробное окисление спиртов медными комплексами, несущими окислительно-восстановительные лиганды с настраиваемым H-связыванием . 8b08748
  50. ^ Озерянский, Валерий А .; Пожарский, Александр Ф .; Bieńko, Agnieszka J .; Савка-Добровольска, Ванда; Собчик, Лучян (01.03.2005). «[NHN] + водородная связь в протонированном 1,8-бис (диметиламино) -2,7-диметоксинафталине. Рентгеновская дифракция, инфракрасное излучение и теоретические исследования ab Initio и DFT». Журнал физической химии . 109 (8): 1637–1642. DOI : 10.1021 / jp040618l . ISSN 1089-5639 . PMID 16833488 .  
  51. ^ а б Крэбтри, Роберт Х .; Зигбан, Пер Э.М.; Эйзенштейн, Одиллия; Rheingold, Arnold L .; Koetzle, Томас Ф. (1996). «Новое межмолекулярное взаимодействие: нетрадиционные водородные связи с элементно-гидридными связями в качестве акцептора протонов». Соотв. Chem. Res. 29 (7): 348–354. DOI : 10.1021 / ar950150s . PMID 19904922 .  
  52. ^ Cowan ML; Bruner BD; Huse N; и другие. (2005). «Сверхбыстрая потеря памяти и перераспределение энергии в сетке водородных связей жидкой H 2 O». Природа . 434 (7030): 199–202. Bibcode : 2005Natur.434..199C . DOI : 10,1038 / природа03383 . PMID 15758995 . 
  53. ^ а б Ло, Цзяншуй; Jensen, Annemette H .; Брукс, Нил Р .; Сникерс, Джерун; Книппер, Мартин; Айли, Дэвид; Ли, Цинфэн; Ванрой, Брэм; Wübbenhorst, Михаэль; Ян, Фэн; Ван Меервельт, Люк; Шао, Чжиган; Фанг, Цзяньхуа; Ло, Чжэн-Хун; Де Вос, Дирк Э .; Биннеманс, Коэн; Франсаер, янв (2015). «Перфторбутансульфонат 1,2,4-триазолия в качестве типичного чистого протонного органического ионного пластичного кристаллического электролита для твердотельных топливных элементов» . Энергетика и экология . 8 (4): 1276. DOI : 10.1039 / C4EE02280G .
  54. Перейти ↑ Lipinski CA (декабрь 2004 г.). «Соединения, подобные свинцу и наркотикам: революция по правилу пяти». Открытие лекарств сегодня: технологии . 1 (4): 337–341. DOI : 10.1016 / j.ddtec.2004.11.007 . PMID 24981612 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Джордж А. Джеффри. Введение в водородную связь (разделы физической химии) . Oxford University Press, США (13 марта 1997 г.). ISBN 0-19-509549-9 

Внешние ссылки [ править ]

  • The Bubble Wall (Аудио слайд-шоу из Национальной лаборатории сильного магнитного поля, объясняющее когезию, поверхностное натяжение и водородные связи)
  • изотопный эффект на динамику облигаций