Những hiểu biết về liên kết Hydro

Bài tiểu luận

NHỮNG HIỂU BIẾT VỀ LIÊN KẾT
HYDRO


MỤC LỤC

I.KHÁI NIỆM VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỂ CÓ LIÊN KẾT HYDRO
1.Khái niệm liên kết Hydro
2.Điều kiện để có liên kết Hydro

II.KÍ HIỆU VÀ BIỂU DIỄN LIÊN KẾT HYDRO
1.Kí hiệu
2.Biểu diễn liên kết Hydro

III.PHÂN LOẠI LIÊN KẾT HYDRO
1.Liên kết Hydro nội phân tử
2.Liên kết Hydro liên phân tử ( ngoại phân tử)

IV.ẢNH HƯỞNG CỦA LIÊN KẾT HYDRO ĐẾN NHIỆT ĐỘ SÔI,
ĐỘ TAN
V.ĐẶC TRƯNG CỦA LIÊN KẾT HYDRO SO VỚI CÁC LIÊN KẾT
KHÁC
VIMỘT SỐ HỢP CHẤT CÓ LIÊN KẾT HYDRO
VII.ỨNG DỤNG VÀ VAI TRÒ CỦA LIÊN KẾT HYDRO


I.

KHÁI NIỆM VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỂ CÓ LIÊN KẾT HYDRO

1. Khái niệm liên kết Hydro

Liên kết Hydro là 1 liên kết rất yếu được
hình thành bởi lực hút tĩnh điện giữa Hydro (đã
liên kết trong 1 phân tử) với 1 nguyên tử có độ âm
điện mạnh có kích thước bé (N, O, F, S, Cl...) ở 1
phân tử khác hoặc trong cùng 1 phân tử.

2. Điều kiện để có liên kết Hydro

Trong hợp chất phải chứa H, H phải liên kết trực tiếp với nguyên tố có
độ âm điện lớn và trên nguyên tố có độ âm điện lớn đó phải có cặp e tự do.
Chẳng hạn như CH4, HCHO không có liên kết Hydro vì H không liên kết với
các nguyên tố có độ âm điện lớn hay CH3COONH4 tuy có H liên kết với N
nhưng trên N không còn cặp electron tự do nữa. Vì vậy, các Hydrocacbon,
andehit, dẫn xuất halogen, ete, este, không tạo được liên kết Hydro. Còn lại
các axit, rượu, phenol, aminoaxit, amin bậc một, amin bậc hai, H2O đều có
liên kết hydro.

II.

KÍ HIỆU VÀ BIỂU DIỄN LIÊN KẾT HYDRO

1. Kí hiệu
Liên kết Hydro được biểu diễn
bằng ba chấm (...).


2. Biểu diễn liên kết Hydro
Liên kết Hydro có thể được hình thành giữa các phân tử hoặc cùng nội

bộ một phân tử.

III.

PHÂN LOẠI LIÊN KẾT HYDRO

Người ta chia liên kết Hydro thành hai loại: Liên kết Hydro nội phân tử
và liên kết Hydro liên phân tử( ngoại phân tử).

1. Liên kết Hydro nội phân tử
Là liên kết Hydro có thể được hình thành giữa 2
nhóm nguyên tử trong cùng 1 phân tử, dẫn tới 1 vòng
khép kín (vòng càng cua, chức chelat). Điều kiện để có
liên kết Hydro nội phân tử là hợp chất phải chứa hai
nhóm chức trở lên, khi tạo thành liên kết Hydro phải tạo được vòng 5 hoặc 6
cạnh.

Carboxylic acid dimers.

2. Liên kết Hydro liên phân tử ( ngoại phân tử)
Là liên kết Hydro được hình thành giữa các
phân tử riêng rẽ (giống nhau hoặc khác nhau). Nếu
liên kết Hydro được hình thành giữa các phân tử của
cùng một chất sẽ có hiện tượng hội hợp phân tử.
Những hội hợp phân tử này có thể là những lưỡng
phân, tam phân... . Liên kết Hydro có thể hình thành
giữa những phân tử của những chất khác nhau như giữa ancol và nước, ancol
và ether oxyd, amin và nước.

Liên kết Hydro ở H2O và NH3

IV.

ẢNH HƯỞNG CỦA LIÊN KẾT HYDRO ĐẾN NHIỆT ĐỘ SÔI,
ĐỘ TAN

Sự tồn tại của liên kết Hydro có ảnh hưởng đến nhiều tính chất vật lý
của hợp chất như độ sôi, độ tan( liên kết Hydro của ancol có độ sôi cao hơn
thioalcol tương ứng vì phải tốn nhiều năng lượng mới có thể phá vỡ liên kết).
Liên kết Hydro đóng vai trò quan trọng trong quá trình hoà tan( vì độ
tan phụ thuộc vào khả năng của chất đó tạo liên kết Hydro với dung môi).
Khi đó thường tạo thành các sản phẩm của tương tác là các solvat. Một số
chất hữu cơ như ancol, amin, acid carboxylic đầu dãy dễ tan trong nước là do
chúng có khả năng tạo liên kết Hydro với nước.

V.

ĐẶC TRƯNG CỦA LIÊN KẾT HYDRO SO VỚI CÁC LIÊN KẾT
KHÁC

Liên kết Hydro là mối liên kết phụ (hay mối liên kết thứ 2) của nguyên
tử H với nguyên tử có độ âm điện lớn (như F, O, N, S, Cl…). Tức là nguyên tử
Hydro linh động bị hút bởi cặp e chưa liên kết của nguyên tử có độ âm điện
lớn hơn và không tính hoá trị cũng như số oxi hoá.
Liên kết Hydro được hình thành giữa các phân tử cùng loại hay giữa
các phân tử khác loại hoặc trong một phân tử (liên kết Hydro nội phân tử).
Do có liên kết Hydro tạo thành trong dung dịch nên nhiệt độ sôi và độ tan
trong nước của rượu và axit hữu cơ tăng lên rõ rệt so với các hợp chất có
khối lượng phân tử tương đương.

Trong dung dịch, các vùng phân cực của các phân tử nước liền kề tạo
liên kết Hydro với nhau tạo nên sức căng bề mặt. Khi không có nước, liên kết
Hydro có năng lượng khoảng 3-7 kal/mol. Liên kết Hydro là liên kết yếu dễ
dàng bị phân huỷ bởi năng lượng nhỏ. Lực liên kết Hydro lớn lực tương tác
Van der Waals. Khác với tương tác Van der Waals, liên kết Hydro có tính định
hướng. Liên kết Hydro chỉ trở nên mạnh nhất khi


nguyên tử H cho liên kết và nguyên tử nhận liên kết đối diện trực tiếp với
nhau, khi góc liên kết vượt quá 300 thì lực liên kết yếu đi nhiều.

VI.

MỘT SỐ HỢP CHẤT CÓ LIÊN KẾT HYDRO

Các axit, rượu, phenol, aminoaxit, amin bậc một, amin bậc hai, H2O
đều có liên kết Hydro.

-Liên kết Hydro ở etanol và nước-

F

H

F

-Liên kết Hydro ở Hydro
florua-

H

-Melamine (màu xanh) dễ dàng kết hợp với axit cyanuric (màu đỏ) qua liên kết
Hydro tạo kiểu liên kết phân tử hình mái ngói, lắng đọng và gây sỏi thận-

VII.

ỨNG DỤNG VÀ VAI TRÒ CỦA LIÊN KẾT HYDRO

Các liên kết Hydro có chiều dài xác định và hướng xác định nên tạo
thành hình dạng ổn định của phân tử.
Liên kết Hydro có vai trò quan trọng trong việc tạo nên cấu trúc không
gian của các phân tử sinh học, đặc biệt là phân tử protein và phân tử acid
nucleic. Trong protein, liên kết Hydro tạo nên cấu trúc bậc 2 của phân tử.
Trong acid nucleic, các
nucleotide ở 2 chuỗi của ADN
hay 2 phần khác nhau của
chuỗi ARN liên kết với nhau
bằng liên kết Hydro theo
nguyên lý bổ sung để tạo
nên phân tử ADN và
ARN.Tham gia trong cấu trúc
của ADN, ARN. A liên kết với
T bằng 2 liên kết Hydro, G
liên kết với X bằng 3 liên kết
Hydro, liên kết Hydro được
liên tục tạo thành với 1 lượng
rất lớn, tạo nên cấu trúc ADN
vừa linh động vừa bền vững.
Tham gia vào cấu trúc bậc 2

của protein. Vì vậy, liên kết Hydro có vai trò duy trì cấu trúc và chức năng
của protein, ADN.

-Cấu tạo của ADN-

Liên kết hydro là “chìa khóa” để điều chế thuốc. Theo quy tắc của
Lipinski năm phần lớn thuốc hoạt động bằng đường uống có xu hướng có từ


5 đến 10 liên kết Hydro. Những tương tác này tồn tại giữa các trung
tâm nitơ - hydro và oxy - hydro. Sự

xuất hiện của đường hầm proton( đường hầm proton thường liên kết
với liên kết Hydro) trong quá trình sao chép ADN được cho là chịu trách
nhiệm về đột biến tế bào.
Tính tan trong nước hay độ sôi cao của nhiều hợp chất như amoniac
được giải thích thông qua liên kết Hydro.
Sự hiện diện của liên kết Hydro có thể gây ra sự bất thường trong sự
tiếp nối bình thường của các trạng thái vật chất đối với một số hỗn hợp
của các hợp chất hóa học khi nhiệt độ tăng hoặc giảm. Các hợp chất này có
thể là chất lỏng cho đến một nhiệt độ nhất định, sau đó rắn ngay cả khi nhiệt
độ tăng lên, và cuối cùng là chất lỏng một lần nữa khi nhiệt độ tăng lên trong
"khoảng thời gian bất thường". Cao su thông minh sử dụng liên kết Hydro
làm phương tiện liên kết duy nhất của nó, để nó có thể "hàn gắn" khi bị rách,
vì liên kết Hydro có thể xảy ra giữa hai bề mặt của cùng một polymer.
Các nguyên liệu thực phẩm như carbohydrate bao gồm glucose,
fructose và sucrose, tất cả đều có nhóm OH và chịu trách nhiệm về liên kết
Hydro. Các tính chất kết dính của sơn và thuốc nhuộm được phát triển nhờ
liên kết Hydro, tương tự như chất keo và mật ong đều dính do liên kết Hydro.
Liên kết Hydro rất quan trọng trong việc tạo ra sợi chỉ như bông, tơ và

sợi tổng hợp cho quần áo. Liên kết Hydro này làm cho chúng cứng và tạo ra
độ bền kéo. Làm sạch và chất tẩy rửa vì các phần cực của xà phòng và chất
tẩy rửa là nước do liên kết Hydro.......