Википедија

Водонична веза — разлика између измена

Интерактиван преглед историје
← Старија изменаНовија измена →
Садржај обрисан Садржај додат
ВизуелноВикитекст
Нема описа измене
Autobot (разговор | доприноси)
1.572.075 измена
м razne izmene
Ред 1:
{{fake image|<math chem>\overset{\color{Red}\delta+}\ce{H}-\overset{\color{Red}\delta-}\ce{Cl}\cdots\overset{\color{Red}\delta+}\ce{H}-\overset{\color{Red}\delta-}\ce{Cl}</math>|Ван дер Валсова интеракција|width=200px|align=right}}
[[Датотека:3D model hydrogen bonds in water.svg|десно|мини|Модел водоничних веза (1) између молекула [[Properties of water|воде]]]]
[[Датотека:NTCDI AFM2a.jpg|мини|десно|[[Non-contact atomic force microscopy|AFM]] снимак [[napthalenetetracarboxylic diimide|нафталентетракарбоксил диимид]] молекула на сребром завршеном силикону, у међусобној интеракцији водоничним везама, на 77  -{K}-.<ref>{{cite journal|doi=10.1038/ncomms4931|title=Mapping the force field of a hydrogen-bonded assembly|journal=Nature Communications|volume=5|pages=3931|year=2014|last=Sweetman|first=A. M.|last2=Jarvis|first2=S. P.|last3=Sang|first3=Hongqian|last4=Lekkas|first4=I.|last5=Rahe|first5=P.|last6=Wang|first6=Yu|last7=Wang|first7=Jianbo|last8=Champness|first8=N.R.|last9=Kantorovich|first9=L.|last10=Moriarty|first10=P.|bibcode=2014NatCo...5E3931S|pmid=24875276|pmc=4050271| pages = 3931}}</ref> („Водоничне везе” у горњој слици су преувеличане услед артефаката технике снимања.<ref>{{Cite journal|last=Hapala|first=Prokop|last2=Kichin|first2=Georgy|last3=Wagner|first3=Christian|last4=Tautz|first4=F. Stefan|last5=Temirov|first5=Ruslan|last6=Jelínek|first6=Pavel|date=19. 8. 2014|title=Mechanism of high-resolution STM/AFM imaging with functionalized tips|journal=Physical Review B|volume=90|issue=8|pages=085421|doi=10.1103/PhysRevB.90.085421|arxiv=1406.3562|bibcode=2014PhRvB..90h5421H| pages = 085421}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Hämäläinen|first=Sampsa K.|last2=van der Heijden|first2=Nadine|last3=van der Lit|first3=Joost|last4=den Hartog|first4=Stephan|last5=Liljeroth|first5=Peter|last6=Swart|first6=Ingmar|date=31. 10. 2014|title=Intermolecular Contrast in Atomic Force Microscopy Images without Intermolecular Bonds|journal=Physical Review Letters|volume=113|issue=18|pages=186102|doi=10.1103/PhysRevLett.113.186102|pmid=25396382|url=http://dspace.library.uu.nl:8080/handle/1874/307996|bibcode=2014PhRvL.113r6102H|url-status=dead|archiveurl=https://web.archive.org/web/20180120232850/http://dspace.library.uu.nl:8080/handle/1874/307996|archive-date=20. 01. 2018|access-date=05. 02. 2019|df=| pages = 186102}}</ref>)]]
 
'''Водонична веза''' (-{H}--веза) је врста слабе хемијске везе засноване на електростатичком привлачењу између [[атом]]а [[водоник]]а и неког нуклеофилног атома који садржи слободне електронске парове. Ова веза је могућа када је водоник повезан [[ковалентна веза|ковалентном везом]] са атомом велике електронегативности (нпр. [[кисеоник]], [[флуор]], [[азот]]) при чему се парцијално наелектрисање јако делокализује на крајевима малих, компактних молекула овог типа. Иако компаративно слаба, водонична веза је око 5 пута јача од других, стандардних интеракција типа дипол-дипол.
Ред 10:
:O=C(R')-N(R)-H<sup><font color=red>'''...'''</font></sup>O=C(R')-N(R)-H - ''водонична веза између пептида.
 
Водоничне везе могу да буду [[intermolecular|интермолекуларне]] (јављају се између засебних молекула) или [[intramolecular|интрамолекуларне]] (везе између делова истог молекула).<ref>{{GoldBookRef|file = H02899|title = hydrogen bond}}</ref> У зависности од природе атома донора и акцептора који сачињавају везу, њихове геометрија и окружења, енергија водоничне везе може да варира између 1 и 40 -{kcal/mol.}-<ref>{{cite journal|title=The Hydrogen Bond in the Solid State|journal = [[Angew. Chem. Int. Ed.]]|year=2002|volume = 41|pages=48-76|doi = 10.1002/1521-3773(20020104)41:1<48::AID-ANIE48>3.0.CO;2-U |last=Steiner|first = Thomas| pages = 48–76}}</ref> То их чини донекле јачим од [[van der Waals force|ван дер Валсових интеракција]], и слабијим од потпуних [[covalent bond|ковалентних]] или [[ionic bond|јонских веза]]. Овај тип везе се може јавити у неорганским молекулима као што је вода и у [[organic molecules|органским молекулима]] попут ДНК и протеина.
 
Интермолекуларне водоничне везе су одговорне за високу тачку кључања [[water|воде]] (100&nbsp; °C) у поређењу са другим [[Hydrogen chalcogenide|хидридима 16 групе]] који имају знатно слабије водоничне везе.<ref>{{cite journal|journal=J. Am. Chem. Soc. |volume=93|issue=15|pages=3613-3620|last=Sabin|first=John R.|title=Hydrogen bonds involving sulfur. I. Hydrogen sulfide dimer|doi=10.1021/ja00744a012|year=1971| pages = 3613–3620}}</ref> Интрамолекуларно водонично везивање је делом одговорно за [[secondary structure|секундарне]] и [[tertiary structure|терцијарне]] структуре [[протеин]]а и [[nucleic acid|нуклеинских киселина]]. Оно исто тако игра улогу у структури [[polymer|полимера]], синтетичких и природних.
 
Године 2011, једна [[IUPAC|Иупакова]] радна група је препоручила модерну дефиницију водоничног везивања базирану на евиденцији, која је објављена [[IUPAC]] часопису ''[[Pure and Applied Chemistry]]''. Та дефиниција специфицира:
{{quote|Водонична веза је привлачна интеракција између атома водоника са молекула или молекуларног фрагмента -{X–H}- у којој је X електронегативнији од -{H}-, и атома или групе атома у истом или различитом молекулу, код којих постоје докази о формирању везе.<ref name="arunen2011">{{cite journal|title=Definition of the hydrogen bond|journal = [[Pure Appl. Chem.]]|year=2011|volume = 83|issue = 8|pages=1637-1641|doi = 10.1351/PAC-REC-10-01-02 |last=Arunan|first = Elangannan|last2=Desiraju|first2 = Gautam R.|last3=Klein|first3 = Roger A.|last4=Sadlej|first4 = Joanna|last5=Scheiner|first5 = Steve|last6=Alkorta|first6 = Ibon|last7=Clary|first7 = David C.|last8=Crabtree|first8 = Robert H.|last9=Dannenberg|first9 = Joseph J.|last10=Hobza|first10 = Pavel|last11=Kjaergaard|first11 = Henrik G.|last12=Legon|first12 = Anthony C.|last13=Mennucci|first13 = Benedetta|last14=Nesbitt|first14 = David J.| pages = 1637–1641}}</ref>}}
 
== Везивање ==
[[Датотека:Hydrogen Bond Quadruple AngewChemIntEd 1998 v37 p75.jpg|мини|300px|Пример [[intermolecular|интермолекуларног]] водоничног везивања у [[molecular self-assembly|самоформираном]] димерном комплексу.<ref>{{cite journal|journal=[[Angew. Chem. Int. Ed.]] |title= Self-Complementarity Achieved through Quadruple Hydrogen Bonding|year=1998|volume=37|issue=1–2 |pages=75-78| doi=10.1002/(SICI)1521-3773(19980202)37:1/2<75::AID-ANIE75>3.0.CO;2-R|last=Beijer|first= Felix H.|last2=Kooijman|first2= Huub|last3=Spek|first3= Anthony L.|last4=Sijbesma|first4= Rint P.|last5=Meijer|first5= E. W.| pages = 75–78}}</ref> Водоничне везе су приказане тачкастим линијама.]]
[[Датотека:Acetylacetone tautomerism.svg|мини|300x300px|[[Intramolecular|Интрамолекуларно]] водонично везивање у [[acetylacetone|ацетилацетону]] помаже у стабилизацији [[енол]]ног [[таутомер]]а.]]
 
=== Дефиниције и опште карактеристике ===
Атом водоника везан за релативно [[electronegativity|електронегативни]] атом је ''донор'' водоничне везе.<ref>{{Cite book|last=Campbell|first = Neil A.|authorlink = | last2 = Williamson | first2 = Brad |author3 last3 = Heyden| first3 = Robin J. Heyden|title = Biology: Exploring Life|publisher = Pearson Prentice Hall|year=2006|location = Boston, Massachusetts|url = http://www.phschool.com/el_marketing.html|doi = |isbn=978-0-13-250882-7|url-status=live|archiveurl = https://web.archive.org/web/20141102041816/http://www.phschool.com/el_marketing.html|archive-date=2. 11. 2014.|df = }}</ref> -{C-H}- везе једино учествују у водоничном везивању кад је атом водоника везан за електронегативне супституенте, као што је случај у [[chloroform|хлороформу]], -{CHCl}-<sub>3</sub>.<ref>{{cite journal|author=Wiley, G.R. |author2=Miller, S.I. |doi=10.1021/ja00765a001|title=Thermodynamic parameters for hydrogen bonding of chloroform with Lewis bases in cyclohexane. Proton magnetic resonance study|year=1972|journal=Journal of the American Chemical Society|volume=94|issue=10|pages=3287}}</ref> У водоничној вези, електронегативни атом који није ковалентно везан за водоник се назива протонски акцептор, док се онај који је ковалентно везан за водоник назива протонским донором. У донорском молекулу, -{H}- центар је протичан. Донор је Луисова ваза. Водоничне везе се представљају као -{H···Y}- систем, при чему тачке представљају водоничне везе. Течности који испољавају водонично везивање (као што је вода) се називају '''ацоцираним течностима'''.
 
[[Датотека:WikipediaHDonorAcceptor.png|мини|300px|десно|Примери група које донирају (донори) и прихватају (акцептори) водоничне везе]]
Ред 30:
 
=== Јачина везе ===
Водоничне везе могу да варирају у јачини од слабих (1–2 -{kJ mol}-<sup>−1</sup>) до јаких (161,5 -{kJ mol}-<sup>−1</sup> у јону {{chem|link=Bifluoride|HF|2|-}}).<ref name=halide>{{cite journal|doi=10.1021/ic00182a010|title=Gas-phase bihalide and pseudobihalide ions. An ion cyclotron resonance determination of hydrogen bond energies in XHY- species (X, Y = F, Cl, Br, CN)|year=1984|last=Larson|first=J. W.|last2=McMahon|first2=T. B.|journal=Inorganic Chemistry|volume=23|issue=14|pages=2029-20332029–2033 }}</ref><ref>{{cite journal|author=Emsley, J.|title = Very Strong Hydrogen Bonds|journal = [[Chemical Society Reviews]]|year=1980|volume = 9|issue = 1|pages=91-124|doi = 10.1039/cs9800900091| pages = 91–124}}</ref> Типичне [[Enthalpy|енталпије]] у пари су:
* -{F−H···:F}- (161,5 -{kJ/mol}- или 38,6 -{kcal/mol}-), ислустровано јединствено са -{HF}-<sub>2</sub><sup>−</sup>, [[bifluoride|филуорид]]
* -{O−H···:N}- (29 -{kJ/mol}- или 6,9 -{kcal/mol}-), ислустровано паром вода-амонијак
Ред 36:
* -{N−H···:N}- (13 -{kJ/mol}- илиr 3,1 -{kcal/mol}-), ислустровано паром амонијак-амонијак
* -{N−H···:O}- (8 -{kJ/mol}- или 1,9 -{kcal/mol}-), ислустровано паром вода-амид
* -{HO−H···}-: {{chem|OH|3|+}} (18 -{kJ/mol}-<ref>Data obtained using [[molecular dynamics]] as detailed in the reference and should be compared to 7.9 kJ/mol for bulk water, obtained using the same calculation.{{cite journal|title = Structure and energetics of the hydronium hydration shells|last = Markovitch|first = Omer| last2 = Agmon | first2 = Noam |journal = [[J. Phys. Chem. A]]|year = 2007|volume = 111|issue = 12|pages = 2253-2256|doi = 10.1021/jp068960g|pmid = 17388314|bibcode = 2007JPCA..111.2253M|url = http://www.fh.huji.ac.il/~agmon/Fullpaper/JPCA111-2253.pdf|url-status=dead|archiveurl = https://web.archive.org/web/20140813174617/http://www.fh.huji.ac.il/%7Eagmon/Fullpaper/JPCA111-2253.pdf|archive-date = 13. 08. 2014|df = |citeseerx = 10.1.1.76.9448|access-date = 05. 02. 2019| pages = 2253–2256}}</ref> или 4,3 -{kcal/mol}-)
 
=== Структурни детаљи ===
Ред 60:
Јаке водоничне везе се препознају по низводним померањима у [[proton NMR spectroscopy|<sup>1</sup>-{H}- НМР спектру]]. На пример, кисели прото у енолном таутомеру [[acetylacetone|ацетилацетона]] се јавља на δ15,5, што је за око 10 -{ppm}- померено у односу на конвенционални алкохол.<ref>Friebolin, H., "Basic One- and Two- Dimensional NMR Spectroscopy, 4th ed.," VCH: Weinheim. {{page|year=2008|isbn=978-3-527-31233-7|pages=}}</ref>
 
У ИР спектру, водонично везивање помера фреквенцију -{X-H}- истезања на нижу енергију (i.e. смањује се вибрациона фреквенција). Ово померање одражава слабљење -{X-H}- везе. Поједине водоничне везе - неправилне водоничне везе - показују плаво померање фреквенције -{X-H}- истезања и смањење дужине везе.<ref>{{cite journal|vauthors=Hobza P, Havlas Z |title=Blue-Shifting Hydrogen Bonds |journal=Chem. Rev. |volume=100 |issue=11 |pages=4253-4264 |year=2000 |doi=10.1021/cr990050q |pmid=11749346 | pages = 4253–4264 }}</ref>
 
=== Теоријска разматрања ===
Ред 66:
Постоји сталан теоретски интерест у појаву водоничног везивања. Према модерном опису -{O:H-O}- интегрише интермолекуларни -{O:H}- слободни пар, „:” невезано, и интрамолекуларну -{H-O}- поларно-ковалентну везу асоцирану са O-O репулзивним спрезањем.<ref>{{Cite book|title=The Attribute of Water: Single Notion, Multiple Myths|year=2016|isbn=978-981-10-0178-9|author= Sun, C. Q. |author2 = Sun, Yi }}</ref>
 
Квантно хемијски прорачуни релевантних константи потенцијала међу остацима (константе усаглашености) указују на велике разлике између индивидуалних -{H}- веза истог типа. На пример, централна водонична веза -{N−H···N}- између остатака [[гуанин]]а и [[цитозин]]а је много јача у односу на -{N−H···N}- везу између пара [[аденин]]-[[тимин]].<ref>{{cite journal|doi=10.1021/ja046282a|pmid=15600318|title=Direct Assessment of Interresidue Forces in Watson−Crick Base Pairs Using Theoretical Compliance Constants|journal=Journal of the American Chemical Society|volume=126|issue=50|pages=16310-1|year=2004|last=Grunenberg|first=Jörg| pages = 16310–1}}</ref>
 
Теоретски, јачина везе водоничних веза се може проценити користећи -{NCI}- индекс, [[non-covalent interactions index|индекс нековалентних интеракција]], који омогућава визуализацију тих [[non-covalent interactions|нековалентних интеракција]], као што следи из његовог назива, користећи електронску густину система.
 
Из интепретација [[anisotropy|анизотропије]] у [[Compton scattering|Комптоновом профилу]] обичног леда следи да је водонична веза парцијално ковалентна.<ref>{{cite journal|author=Isaacs, E.D.|journal= Physical Review Letters |doi=10.1103/PhysRevLett.82.600|title=Covalency of the Hydrogen Bond in Ice: A Direct X-Ray Measurement|year=1999|volume=82|issue=3|pages=600-603|bibcode = 1999PhRvL..82..600I |display-authors=etal| pages = 600–603}}</ref> Међутим, ово тумачење је оспоравано.<ref>{{Cite journal|last=Ghanty|first=Tapan K.|last2=Staroverov|first2=Viktor N.|last3=Koren|first3=Patrick R.|last4=Davidson|first4=Ernest R.|date=1. 2. 2000|title=Is the Hydrogen Bond in Water Dimer and Ice Covalent?|journal=Journal of the American Chemical Society|volume=122|issue=6|pages=1210-1214|doi=10.1021/ja9937019|issn=0002-7863| pages = 1210–1214}}</ref>
 
У општијем смислу, водонична веза се може посматрати као [[metric (mathematics)|метрички]]-зависно [[electrostatic|електростатичко]] [[scalar field|скаларно поље]] између две или више интермолекуларних веза. Ово се донекле разликује од [[intramolecular|интрамолекуларних]] [[bound states|стања везивања]], код на пример, [[covalent bond|ковалентних]] или [[ionic bond|јонских веза]]; међутим, водонично везивање је генерално још увек феномен [[bound state|стања везивања]], пошто [[interaction energy|енергија интеракције]] има нето негативну суму. Иницијална теорија водоничног везивања коју је предложио [[Linus Pauling|Лајнус Полинг]] постулира да водоничне везе имају парцијалну ковалентну природу. Ова интерпретација је била контроверзна док помоћу [[nuclear magnetic resonance|НМР техника]] није демонстриран информациони трансфер између водонично везаних језгара, својство који је једино могуће ако водонична веза има донекле ковалентни карактер.<ref>{{cite journal|title=Observation of through-hydrogen-bond (2h)J(HC') in a perdeuterated protein|journal = [[J Magn Reson]]|year=1999|volume = 140|pages=510-2|doi = 10.1006/jmre.1999.1899|pmid = 10497060|issue = 2|bibcode = 1999JMagR.140..510C | author = Cordier |first = F|last2=Rogowski|first2 = M|last3=Grzesiek|first3 = S|last4=Bax|first4 = A| pages = 510–2}}</ref>
 
== Водонична веза у води ==
Ред 109:
{{refbegin|30em}}
* {{Cite book| ref=harv|title=The Attribute of Water: Single Notion, Multiple Myths|year=2016|isbn=978-981-10-0178-9|author= Sun, C. Q. |author2 = Sun, Yi }}
* {{Cite book| ref=harv|last=Campbell|first = Neil A.|authorlink = | last2 = Williamson | first2 = Brad |author3 last3 = Heyden| first3 = Robin J. Heyden|title = Biology: Exploring Life|publisher = Pearson Prentice Hall|year=2006|location = Boston, Massachusetts|url = http://www.phschool.com/el_marketing.html|doi = |isbn=978-0-13-250882-7|url-status=live|archiveurl = https://web.archive.org/web/20141102041816/http://www.phschool.com/el_marketing.html|archive-date=2. 11. 2014.|df = }}
* George A. Jeffrey. ''An Introduction to Hydrogen Bonding (Topics in Physical Chemistry)''. Oxford University Press, USA. {{page|year=1997|isbn=978-0-19-509549-4|pages=}}
{{refend}}
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/wiki/Водонична_веза”