LEGATURA DE HIDROGEN

LEGATURA DE HIDROGEN

In afara legaturilor chimice propriu-zise (ionice si covalente), exista legaturi care se datoresc unor forte de atractie mult mai slabe ce se exercita intre atomi sau molecule cu structuri electronice stabile, fara punere in comun sau transfer de electroni de la un atom la altul. Aceste forte de atractie se reduc la forte electrostatice, guvernate de legea lui Coulomb. Ele se intalnesc la legaturile de hidrogen si legaturile prin forte van der Waals.

Analizand legaturile de hidrogen, se constata ca o serie de substante ca: apa (H₂O), amoniacul (NH₃) lichid, acidul fluorhidric (HF), acidul cianhidric (HCN), alcoolul metilic (CH₃OH) si multe alte substante organice care contin grupe functionale hidroxil, carboxil, amina (-OH, -COOH, -NH₂) sau derivati ai acestora, prezinta anomalii in ce priveste unele proprietati fizice. Punctele de fierbere si de topire ca si densitatea, caldura de vaporizare, capacitatea calorica si tensiunea superficiala a acestora sunt exagerat de ridicate. Aceste anomalii se datoresc faptului ca substantele respective formeaza asociatii moleculare de tipul (H₂O)_n prin unirea mai multor molecule prin legaturi de hidrogen sau punti de hidrogen. In cazul apei (I), amoniacului (II) si alcoolului metilic (III), aceste legaturi se realizeaza astfel:

H H H H

O^d H^d ------:O^d H^d -----:O^d H^d ----:O^d H^d (I)

H H H

:N^d H^d ------:N^d H^d ------:N^d H ^d (II)

H H H

CH₃ CH₃ CH₃

O^d H^d ------:O^d H^d ------:O^d H^d (III)

Examinand structura unor astfel de substante lichide care prezinta asociatii moleculare, se constata ca toate au atomul de hidrogen situat intre doi atomi electronegativi care dispun de cel putin o pereche de elctroni neparticipanti. Legatura este in parte de natura electrostatica, ea luand nastere datorita faptului ca atomul de care este legat covalent hidrogenul, fiind puternic electronegativ (O, N, F), atrage electronii de legatura spre el polarizand legatura. In acelasi timp, nucleul hidrogenului exercita o atractie fata de alt atom electronegativ al unei molecule vecine pentru a-si compensa deficitul de nor electronic cu o pereche de electroni neparticipanti ai acestuia.

Fortele intermoleculare in acest tip de legatura sunt slabe, energia de legatura variind intre 4-7 kcal/mol fata de energia legaturilor covalente care are valori de 30-100 kcal/mol. Distanta dintre atomul de hidrogen si cel cu care se realizeaza puntea este mai mare decat aceea care leaga covalent cei doi atomi. Astfel, in cazul apei, distanta intermoleculara intre O si H legati prin punte este de 1,76 in timp ce distanta intramoleculara O-H este de 0,99.

Dupa modul cum se realizeaza legaturile de hidrogen, ele se pot clasifica in doua categorii: intermoleculare si intramoleculare.

Legaturile de hidrogen intermoleculare sunt raspandite atat la compusi anorganici (exemplele de mai sus), cat si la cei organici, in unele cazuri inchizand cicluri ca dimerul acidului formic (I) si acidului benzoic(II):

O H---------O

H C C H

O---------H O

I

O H--------O

C₆H₅ C C C₆H₅

O--------H O

II

Legaturile de hidrogen intramoleculare sunt foarte raspandite la compusii organici, formand asa numitii chelati ca orto nitrofenolul (III) si aldehida salicilica (IV): O

NO₂ N O

OH O H

(III)

H

CHO C O

OH O H

(IV)

Legaturile de hidrogen au o importanta deosebita in biochimie, deoarece clase intregi de substante ca substantele proteice si glucidele precum si produsii intermediari rezultati in procesele de asimilatie si dezasimilatie contin asemenea legaturi care explica usurinta transformarilor acestor substante, sau conformatia lor spatiala.