Wiązanie wodorowe
Z Wikipedii, wolnej encyclopedia
Wiązanie wodorowe, mostek wodorowy – rodzaj oddziaływania elektrostatycznego między atomem wodoru i atomem elektroujemnym[1] zawierającym wolne pary elektronowe. We wzorach oznaczany jest zazwyczaj linią przerywaną, np. X−H⋯Y−Z, gdzie X jest donorem wiązania wodorowego, a Y jego akceptorem.
Klasyczne wiązanie wodorowe powstaje, gdy atom wodoru jest połączony wiązaniem kowalencyjnym z innym atomem o dużej elektroujemności (np. tlenem) i w ten sposób uzyskuje nadmiar ładunku dodatniego. W wyniku tego oddziaływania pierwotne, kowalencyjne wiązanie między wodorem a innym atomem ulega częściowemu osłabieniu, powstaje zaś nowe, stosunkowo słabe wiązanie między wodorem i innym atomem (akceptorem wiązania wodorowego). Nie można wytłumaczyć natury tego wiązania wyłącznie za pomocą elektrostatyki, ponieważ oprócz przyciągania elektrostatycznego zachodzi przeniesienie ładunku z akceptora na atom wodoru i związane z nim atomy, a także polaryzacja chmury elektronowej zarówno akceptora, jak i donora wiązania wodorowego.
Donorami protonu w wiązaniach wodorowych mogą być między innymi grupy: hydroksylowa (−OH), aminowa (−NH
x), ewentualnie tiolowa (−SH), halogenowodór (XH), a niekiedy nawet ugrupowanie (−CH
x). Natomiast akceptorami protonu mogą być wszystkie atomy silnie elektroujemne, między innymi fluor, azot, tlen, w mniejszym stopniu siarka i pozostałe chlorowce, a także układy π-elektronowe występujące w nienasyconych związkach organicznych. Wiązania wodorowe z układami π-elektronowymi przypominają kształtem wiązania metal-węgiel w π kompleksach, lecz ich natura jest zupełnie inna, ponieważ wodór nie ma elektronów na orbitalach d, zaś oddziaływanie metal-układ π-elektronowy jest kowalencyjne.
Wiązania wodorowe występują powszechnie w naturze. W czystej wodzie cząsteczki tworzą „paczki”, składające się w temperaturze 4 °C ze średnio siedmiu cząsteczek powiązanych tymi wiązaniami. Dzięki istnieniu wiązań wodorowych możliwe jest tworzenie się struktur przestrzennych białek, kwasów nukleinowych i wielu innych złożonych tworów o dużym znaczeniu biologicznym. Badaniem takich struktur, opartych zwykle właśnie na wiązaniach wodorowych, zajmuje się chemia supramolekularna.
Odkrycia wiązania wodorowego nie można przypisać jednemu badaczowi. Pierwsze artykuły, w których postulowano istnienie wiązania wodorowego, zaczęły pojawiać się w początkach XX wieku, głównie w literaturze niemieckiej i angielskiej. Początkowo jednak istnienie tego wiązania nie było powszechnie uznanym poglądem. Dopiero po roku 1920 stworzono solidne podstawy teoretyczne i podjęto szczegółowe badania nad tym zagadnieniem. Pionierami w badaniach wiązania wodorowego byli Wendell Latimer, Worth Rodebush, Maurice L. Huggins oraz Linus Pauling. Pod koniec lat 30. XX w. koncepcja wiązania wodorowego została powszechnie zaakceptowana.