Wizania wodorowe v wizanie wodorowe jako szczeglny przypadek

Wiązania wodorowe v wiązanie wodorowe jako szczególny przypadek wiązania koordynacyjnego (donorowo-akceptorowego / semipolarnego), v zdolność do tworzenia wiązań wodorowych, v przykłady asocjatów / aglomeratów – wiązań wodorowych między cząsteczkami tego samego związku, v przykłady asocjatów / aglomeratów – wiązań wodorowych między cząsteczkami dwóch różnych związków, v energia wiązań wodorowych, v wpływ wiązań wodorowych na właściwości fizyczne substancji, v struktura DNA i 2 o białek

Wiązanie wodorowe – wiązaniem donorowo-akceptorowym v Wiązanie wodorowe – mostki wodorowe występują miedzy atomami wodoru (akceptorami pary elektronowej i wystraczająco dużym cząstkowym ładunku dodatnim) połączonymi wiązaniem kowalencyjnym spolaryzowanym z atomami pierwiastków o dużej elektroujemności posiadającymi wolne pary elektronowe (donorami par / par elektronowych): Ø donorami protonów wodorowych mogą być grupy: - OH, - NH 2, - SH w związkach chemicznych lub cząsteczki NH 3, HF, HCN, Ø akceptorami protonów wodorowych (donorami par elektronowych) są wszystkie atomy silnie elektroujemnych pierwiastków: N, O, S, F, Cl oraz ruchliwa para wiążąca π.

Wiązanie wodorowe – wiązaniem donorowo-akceptorowym / cd Ø proton wodorowy jest przyciągany jednocześnie ale z różnymi energiami przez dwie pary elektronowe: ü silnie przyciągany przez parę elektronową wiązania kowalencyjnego spolaryzowanego, ü słabo przyciągany (elektrostatycznie) wolną / niewiążącą parę elektronową atomu pierwiastka silnie elektroujemnego innej cząsteczki tego samego związku lub innego związku, Ø wiązanie wodorowe jest ok. 10 -ciokrotnie słabsze od wiązania kowalencyjnego.

Wiązanie wodorowe – wiązaniem donorowo-akceptorowym / cd v Wiązanie wodorowe jest słabym oddziaływaniem typu elektrostatycznego między protonem wodorowym, związanym wiązaniem kowalencyjnym z atomem o dużej elektroujemności i wolną parą elektronową atomu silnie elektroujemnego: F, O, N, Cl, S należącego do innej cząsteczki lub w obrębie cząsteczki. v Długość wiązania wodorowego jest z reguły większa od długości wiązania kowalencyjnego. v Wiązanie wodorowe ma charakter kierunkowy, jądra układu leżą najczęściej wzdłuż linii prostej. v Liczba wiązań wodorowych jest ograniczona, atom pierwiastka o silnej elektroujemności może utworzyć tyle wiązań wodorowych, ile posiada wolnych par elektronowych: (np. tlen – 2 wiązania, azot – 1 wiązanie).

Zdolność utworzenia wiązania wodorowego v Zdolność do wytworzenia wiązań wodorowych – uszeregowanie wg malejącej zdolności: Ø F > O > N > Cl > S ≥ C v Zdolność do przyjęcia protonu wodorowego (akceptacji wodoru) – uszeregowanie wg malejącej zdolności: Ø - F > C = O > C – OH > C–O–C > grupa: ketonowa; hydroksylowa; eterowa R – NH 2 > R – NH > R – N – R | | R R amina 1 o; amina 2 o; amina 3 o

Asocjaty – aglomerat wody … … Asocjat wody – każda cząsteczka wody może mieć 4 wiązania wodorowe z innymi cząsteczkami wody H …… … H O … …. . H H … …… H …… O … …… H H …… O O H ……

Asocjat fluorowodoru … Fluorowodór tworzy asocjaty nieusieciowane, są to asocjaty łańcuchowe . H. … H F … . H. … F … F H. . …… F …

Wiązanie wodorowe wewnątrzcząsteczkowe w kwasie salicylowym: 2 -hydroksybenzenokarboksylowym HO-C 6 H 4 -COOH H O C O. . . H O

Rozpuszczalność amoniaku w wodzie Wiązanie wodorowe woda – amoniak w wodnym roztworze amoniaku – NH 3(g) … H ………. . H … N … H … . . . … … H H . . . … O N H . . . …. … … H

Rozpuszczalność alkoholi i aldehydów w wodzie … O . …. O CH 3 C H H O …… H H . …. . . …… . . . O. . . H . . . . Wiązanie wodorowe: woda – aldehyd mrówkowy (metanal) H Wiązanie wodorowe: woda – alkohol (metanol). . . H

Rozpuszczalność ketonów i amin w wodzie Wiązanie wodorowe: woda – metyloamina (CH 3 -NH 2(g)). . . Wiązanie wodorowe: woda – aceton / propanon (CH 3)2 CO O . . . H . . . O . . . H 3 C O ………. . H . . . C …… . H. … . . . H 3 C H

Energia wiązań wodorowych Energia wiązania wodorowego [ k. J/mol] Wiązanie H – O ∙∙∙∙∙ H – Energia 23, 0 – O – H ∙∙∙∙∙ N – 23, 0 – N – H ∙∙∙∙∙ O – 14, 7 – N – H ∙∙∙∙∙ N – 13, 2 F – H ∙∙∙∙∙ F – 27, 2

Uporządkowany asocjat wody w stanie stałym (w lodzie) …. . Kryształ lodu . . … … …. …. . . … …. … . . . …. . …. … . …. . … … …… …. . … atom tlenu atom wodoru

Wiązania wodorowe a Tt i Tw Związki z wiązaniami wodorowymi między cząsteczkami Związek H 2 O Tt [o. C] Związki o słabej tendencji lub braku zdolności do tworzenia wiązań wodorowych Tw [o. C] Związek Tt [o. C] Tw [o. C] 0, 0 100 H 2 S - 85, 6 - 61, 0 CH 3 -OH - 97, 6 64, 6 H 2 Se - 60, 4 - 41, 5 C 2 H 5 -OH - 114, 1 78, 2 H 2 Te - 51, 0 - 1, 8 CH 3 -COOH 16, 6 117, 9 HCl - 114, 2 - 85, 1 HO-CH 2 -OH - 13, 0 197, 3 HBr - 86, 9 - 66, 7 HF - 83, 1 19, 5 HI - 50, 8 - 35, 4 *NH 3 - 77, 7 - 33, 3 PH 3 - 133, 0 - 87, 7 H 2 O 2 - 0, 43 150, 2 CH 4 - 182, 4 - 161, 5 Uwagi: - w/w temp. mierzone przy ciśnieniu 1013 h. Pa, - * łatwo ulega skropleniu przy zwiększonym ciśnieniu w efekcie powstawania wiązań wodorowych.

Wpływ wiązań wodorowych na właściwości fizyczne substancji v Cząsteczki zasocjowane zajmują określone pozycje względem siebie, co prowadzi do większego uporządkowania układu i jednocześnie skutkuje to zwiększeniem nakładu energetycznego do zniesienia uporządkowania. v Wiązania wodorowe wpływają na: Ø stan skupienia substancji, Ø gęstość w stanie ciekłym lub stałym, Ø temperatury topnienia i wrzenia (patrz tabela na poprzedzającym slajdzie), ciśnienia skraplania gazów, Ø rozpuszczalność gazów w cieczach lub cieczy w cieczach.

Struktura DNA i 2 o białek v Powstawanie wiązań wodorowych warunkuje: Ø występowanie struktur drugorzędowych białek: ü wiązania wodorowe powstające między atomem H z grupy N-H i atomem O z grupy C=O w wiązaniach peptydowych powoduje skręcenie struktury 1 o polipeptydu (α – helisa) lub jej sfałdowanie (β – harmonijka), Ø istnienie podwójnej helisy DNA i zachowanie jej struktury: ü atom H grupy N-H tworzy wiązanie z wolną parą elektronową azotu w pierścieniu zasad azotowych: 3 wiązania w parze C – G i 2 wiązania A – T, Ø Wiązanie wodorowe między pojedynczymi włóknami celulozy decydują i o jej właściwościach mechanicznych.