几种重要的氢键
氢键的类型和本质
（ ａ） ｛（ ＰｔＣｌ４）·ｃｉｓ－ ［ＰｔＣｌ２（ＮＨ２Ｍｅ）２］｝２－ （ｂ） ＰｔＢｒ（Ｉ－ Ｃ１０Ｈ６ＮＨＭｅ２）（Ｉ－ Ｃ１０Ｈ６ＮＭｅ２） 富电子金属原子 （后过渡金属原子） 具有充满 电子的ｄ轨道， 能作为质子的受体容易和Ｈ原子一 起形成三中心四电子相互作用； 缺电子金属原子 （前过渡金属原子） 做为ｌｅｗｉｓ 酸， 从富电子的Ｘ－ Ｈ 键接受电子密度形成三中心两电子型的氢键， 这与 我们通常认为的氢键三中心四电子作用不相符合， 这种氢键的出现也反映了氢键理论的动态发展过 程。 ⑤Ｈ原子正极性化的Ｍ－ Ｈ…Ｏ≡Ｃ型 过渡金属原子在配合物或簇合物中是两性的， 体现在与金属原子配位的Ｈ能以Ｈ＋、Ｈ、Ｈ－ 形式参 与氢键的形成， 缺电子金属Ｍ使Ｍ－ Ｈ电子云偏向Ｍ， 形成氢原子 正 性 极 化 的Ｍδ－－ Ｈδ＋， Ｍδ－－ Ｈδ＋与 配 体δ－Ｏ ≡Ｃδ＋相 互 作 用 形 成Ｍ－ Ｈ…Ｏ≡Ｃ型 氢 键， 多 见 于 中 性多核簇合物。多核金属化合物中的Ｍ－ Ｈ 常可与 第ＶＩＩＩ族过渡金属配合物Ｃ≡Ｏ上的Ｏ 原子形成Ｍ－ Ｈ …Ｏ≡Ｃ型氢键。 ⑥ 分叉的氢键 在氢键中， 由于氢原子很小， 所以绝大多数都 是二配位。只有个别情况下出现三配位的， 即形成 分叉的氢键。１９７２ 年 ， Ｊｏｎｓｓｏｎ 和Ｋｖｉｃｋ 通 过 中 子 衍射证实了多中心氢键的存在。例如已发现在
是稳定存在的。
１．３ 按质子供体和质子受体分类
１．３． １ 常规氢键
常规氢键Ｘ－ Ｈ…Ｙ是在一个质子供体和一个质
子受体间形成， 质子供体和受体多局限于像Ｎ， Ｏ，
Ｆ等这些原子半径小、电负性大的原子， 质子受体
Ｙ且有一对或一对以上的孤对电子。
１．３．２ 非常规氢键
有机化学基础知识点有机物的氢键和范德华力
有机化学基础知识点有机物的氢键和范德华力有机化学基础知识点：有机物的氢键和范德华力有机化学是研究有机物及其反应的科学领域。
在有机化学中，氢键和范德华力是两个重要的概念，它们在分子之间的相互作用中起着关键作用。
本文将介绍有机物的氢键和范德华力的基本概念和特点。
一、有机物的氢键氢键是指由氢原子与一对电负性较高的原子之间的相互作用力。
在有机化学中，氢键的形成主要涉及氢原子和氮、氧、氟等元素的原子之间的作用。
有机物中，氢键通常出现在含有特定官能团的分子中，如羟基（-OH）、胺基（-NH2）、酮基（-C=O）等。
这些官能团中的氧、氮原子能够通过共价键与氢原子结合，并与其他分子中的氧、氮原子形成氢键。
氢键的形成能够增加分子间的相互吸引力，使有机物的沸点、溶解度和表面张力等物理性质发生改变。
同时，氢键也影响有机物的化学性质，例如反应速率和反应路径等。
二、有机物的范德华力范德华力是指分子间由于电子在运动中形成的瞬时偶极子与相邻分子诱导出的即时偶极子之间的作用力。
范德华力是一种较弱的相互作用力，它普遍存在于物质之间。
在有机物中，范德华力是分子之间相互作用的主要力量。
即使是非极性分子，由于电子在运动中出现的瞬时偶极矩，也能够与其他分子诱导出即时偶极子，从而发生范德华力的相互作用。
范德华力对有机物的物理性质起着重要作用。
范德华力的强弱决定了物质的相对稳定性、沸点、溶解度和相变等性质。
在化学反应中，范德华力也参与了反应的进行和反应速率的影响。
三、氢键与范德华力的比较氢键和范德华力都属于分子间的相互作用力，但在性质和强度上存在一定的差异。
1. 性质：- 氢键：涉及氢原子与电负性较高的原子之间的作用，较为特殊且较强的相互作用力。
- 范德华力：涉及分子间由于电子在运动中形成的偶极子之间的作用，是更为普遍的相互作用力。
2. 强度：- 氢键：通常比范德华力要强，能够在官能团中形成较为稳定的氢键网络。
- 范德华力：相对较弱，但随着分子大小的增加，范德华力也会增强。
氢键
一种特殊的分子间或分子内相互作用
01 形成条件
03 分类 05 理化特性
目录
02 成键 04 键能 06 影响作用
目08 重新定义
基本信息
氢原子与电负性大的原子X以共价键结合，若与电负性大、半径小的原子Y（O F N等）接近，在X与Y之间以 氢为媒介，生成X-H…Y形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用，称为氢键。[X与Y可以是同一种类分子，如 水分子之间的氢键；也可以是不同种类分子，如一水合氨分子（NH3·H2O）之间的氢键]。
形成条件
形成条件
DNA中的氢键在蛋白质的a-螺旋的情况下是N-H…O型的氢键，DNA的双螺旋情况下是N-H…O，N-H…N型的氢 键，因为这些结构是稳定的，所以这样的氢键很多。此外，水和其他溶媒是异质的，也由于在水分子间生成OH—…O型氢键。因此，这也就成为疏水结合形成的原因。
（1）存在与电负性很大的原子A形成强极性键的氢原子。 （2）存在较小半径、较大电负性、含孤对电子、带有部分负电荷的原子B (F、O、N) 氢键的本质:强极性键(A-H)上的氢核与电负性很大的、含孤电子对并带有部分负电荷的原子B之间的静电作 用力。 （3）表示氢键结合的通式 氢键结合的情况如果写成通式，可用X－H…Y表示。式中X和Y代表F，O，N等电负性大而原子半径较小的非 金属原子。 X和Y可以是两种相同的元素，也可以是两种不同的元素。
成键
成键
氢键通常可用X-H…Y来表示。其中X以共价键（或离子键）与氢相连，具有较高的电负性，可以稳定负电荷， 因此氢易解离，具有酸性（质子给予体）。而Y则具有较高的电子密度，一般是含有孤对电子的原子，容易吸引氢 质子，从而与X和H原子形成三中心四电子键。
成键原子
典型的氢键中，X和Y是电负性很强的F、N和O原子。但C、S、Cl、P甚至Br和I原子在某些情况下也能形成氢 键，但通常键能较低。 碳在与数个电负性强的原子相连时也有可能产生氢键。例如在氯仿CHCl3中，碳原子直 接与三个氯原子相连，氯原子周围电子云密度较大，因而碳原子周围即带有部分正电荷，碳也因此参与了氢键的 形成，扮演了质子供体的角色。此外，芳环上的碳也有相对强的吸电子能力，因此形成Ar-H … :O型的弱氢键 （此处Ar表示芳环）。芳香环、碳碳叁键或双键在某些情况下都可作为电子供体，与强极性的X-H（如-O-H）形 成氢键。
氢键
化学竞赛辅导讲座之一氢键2005年四月26日在基础有机化学中，曾经利用氢键解释醇和其它一些化台物的沸点及其在水中的溶解度等获得了很大成功。
然而氢键的存在并不仅仅表现在这两方面，而且也不只局限在醇和酚等几类化合物中。
事实上，氢键既存在于液体中，也存在于气体、晶体、溶液等各种状态中，且支配着化合物的各种性质。
由于氢键是由几乎裸露的质子与电负性大原子半径小的原子（F、O、N）互相作用而形成的。
实际上是由前者提供近似空轨道，后者提供孤对电子，通过互相作用而形成的微弱的配位键。
由于这种相互作用不强烈，比化学键的相邻两个原子之间的相互作用弱得多，所以氢键不属化学键。
经过测定知道氢键的键能在10千卡／摩尔以下，比共价键的键能（30—200千卡／摩尔）小得多，比范德华力（一般为几千卡／摩尔）稍大一些。
因此氢键既不属于化学键，又不属于范德华力。
与一般共价键相比，氢键的键能比较小，键长比较长，是一中弱键，但对许多化合物各种性质的影响，有时非常显著。
例如，羟基化合物(如乙醇)多数比其非羟基异构体(如甲醚)的沸点高很多(乙醇的沸点比甲醇约高101．5℃)，原因是羟基化合物能形成氢键。
为了更好地了解氢键对众多有机化合物各种性质的影响，有必要回顾一下氢键的本质及有关问题。
现简述如下。
一.氢键的生成氢键的生成，主要是由偶极子与偶极之间的静电吸引作用。
当氢原子与电负性甚强的原子(如A)结合时，因极化效应，其键间的电荷分布不均，氢原子变成近乎氢正离子状态。
此时再与另一电负性甚强的原子(如B)相遇时，即发生静电吸引。
因此结合可视为以H离子为桥梁而形成的，故称为氢键。
如下式中虚线所示。
A─H---B其中A、B是氧、氮或氟等电负性大且原子半径比较小的原子。
生成氢键时，给出氢原子的A—H基叫做氢给予基，与氢原子配位的电负性较大的原子B或基叫氢接受基，具有氢给予基的分子叫氢给予体。
把氢键看作是由B给出电子向H配对，电子给予体B是氢接受体，电子接受体A─H是氢给予体。
氢键知识点归纳
氢键知识点归纳
(1)概念：已经与电负性很大的原子(如N、O、F) 形成共价键的氢原子与另一个电负性很大的原子(如 N、O、F)之问的作用力。
如水分子问的氢键如下图所示。
(2)表示方法：A—H…B一(A、B为N、O、F“一” 表示共价键，“…”表示形成的氢键)。
(3)分类(4)属性：氢键不属于化学键，它属于一一种较强的分子间作用力，其作用能大小介于范德华力和化学键之间。
(5)对物质性质的影响
①氢键对物质熔、沸点的影响。
分子问存在氧键时，破坏分子问的氢键，需要消耗更多的能量，所以存在氢键的物质具有较高的熔点和沸点。
例如：氮族、氧族、卤素中的N、O、F的氧化物的熔、沸点的反常现象。
②氢键对物质溶解度的影响：氢键的存在使物质的溶解性增大。
例如：NH3极易溶解于水，主要是由于氨分子和水分子之问形成了氢键，彼此互相缔合，因而加大了溶解。
再如乙醇、低级醛易溶于水，也是因为它们能与水分子形成氢键。
③氢键的存在会引起密度的变化。
水结冰时体积膨胀、密度减小的反常现象也可用氢键解释：在水蒸气中水以单个的水分子形式存在；在液态水中，通常是几个水分子通过氢键结合，形成(H2O)n小集团；在固态水(冰)中，水分子大范围地以氢键互相连接，成为疏松的晶体，因此在冰的结构中有许多空隙，造成体积膨胀，密度减小。
④分子内氢键与分子间氢键对物质性质的不同影响：氢键既可以存。
氢键优秀课件
氢键对物质性质影响
03
物理性质
化学性质
生物活性
氢键对物质的熔点、沸点、密度、粘度等 物理性质有显著影响。例如，水的熔点和 沸点异常高，就是由于水分子间存在较强 的氢键。
氢键可以影响物质的化学性质，如溶解性 、酸碱性等。例如，氨在水中的溶解度较 高，部分原因是由于氨分子与水分子之间 可以形成氢键。
在生物体系中，氢键对蛋白质、DNA等 生物大分子的结构和功能起着重要作用。 例如，DNA双螺旋结构的稳定性就依赖 于碱基之间的氢键。
分析化学中氢键识别与测定
红外光谱
红外光谱是识别氢键的主要手段 之一，氢键的形成会导致相关基 团的振动频率发生变化，从而在
红外光谱上产生特征吸收峰。
核磁共振
核磁共振技术可以用于研究氢键 对分子结构和动力学的影响，通 过观测相关质子的化学位移和耦 合常数等信息，可以推断出氢键
的存在和强度。
质谱分析
在质谱分析中，氢键的断裂和形 成会影响分子的离子化效率和碎 片离子的分布，从而提供有关氢
超分子自组装过程中氢键导向作用
氢键导向超分子自组装的形貌
01
通过合理设计氢键供体和受体的位置和数量，可以调控超分子
自组装体的形貌，如球形、棒状、层状等。
氢键影响超分子自组装的稳定性
02
氢键的强度和数量对超分子自组装体的稳定性具有重要影响，
强氢键和多个氢键可以提高自组装体的稳定性。
氢键在超分子自组装过程中的动态调控
02
氢键在化学领域应用
有机化学中氢键作用
分子识别
在有机化学中，氢键在分子识别中起 到关键作用，如在酶与底物、抗体与 抗原等生物分子间的相互作用中，氢 键能够提供重要的结合力。
有机合成
氢键的相关知识点总结
氢键的相关知识点总结1. 氢键的概念和定义氢键是指两个或多个分子间的相互作用力，其作用力主要来源于氢原子与其他原子形成的非共价键。
在氢键中，氢原子通过与其他原子（通常是氧、氮或氟原子）形成共价键而与带负电性较强的原子形成氢键。
氢键通常被表示为“H···A”，其中H代表氢原子，A代表带负电性的原子。
氢键的形成是在电负性较强的原子上形成部分正电荷，使其与邻近原子的带负电性原子发生相互作用，从而形成了氢键。
氢键的作用力既包括电荷-电荷相互作用力，也包括范德华力等非共价相互作用力。
氢键的强度通常在5-40kj/mol之间，比范德华力强，但比共价键弱。
氢键是一种比较强的作用力，在化学和生物学中起到了非常重要的作用。
它不仅使得分子之间能够形成化学键，还能够在生物体内调控生物分子的结构和功能。
由于氢键的独特性质，使得它成为了一种非常重要的相互作用力，其研究在化学、生物学、物理化学等领域都有着重要的应用和意义。
2. 氢键的结构氢键的结构主要取决于参与形成氢键的分子的性质和构型。
一般而言，氢键的结构可以分为两种类型：线性氢键和非线性氢键。
线性氢键是指氢原子和带负电性原子以直线的方式相互作用形成的氢键。
在线性氢键中，氢原子和带负电性原子之间的键角约为180°，结构上呈现出一条直线状。
线性氢键通常具有较大的键能，且较为稳定。
非线性氢键是指氢原子和带负电性原子以非直线的方式相互作用形成的氢键。
在非线性氢键中，氢原子与带负电性原子之间的键角大约在160°-180°之间，结构上呈现出一定的弯曲状。
非线性氢键通常具有较小的键能，且较为不稳定。
氢键的结构相对复杂，同时也受到多种因素的影响。
分子的构型、成键原子的性质以及外界环境等都能够对氢键的结构产生一定程度的影响。
因此，氢键的结构十分复杂且多样化。
3. 氢键的性质氢键具有一系列独特的性质，使得它成为一种非常重要的相互作用力。
共价键、离子键、范德华力、氢键是构成物质的粒子间的不同作用力
共价键、离子键、范德华力、氢键是构成物质的粒子间的不同作
用力
在化学物质中，各种粒子间的相互作用力是形成物质结构和性质的关键因素。
其中，共价键、离子键、范德华力和氢键是最常见的几种作用力。
本文将详细介绍这几种作用力的定义、特点以及它们在物质构成中的作用。
一、共价键
共价键是原子间通过共享电子形成的相互作用力。
当两个原子通过共享电子达到稳定的电子构型时，它们之间的相互作用即为共价键。
共价键具有方向性和饱和性，是形成有机化合物和某些无机化合物的重要作用力。
二、离子键
离子键是正负离子之间通过静电吸引力形成的相互作用力。
当正离子和负离子之间相互吸引并形成稳定的离子对时，它们之间的相互作用即为离子键。
离子键具有非方向性和无饱和性，是形成离子化合物的主要作用力。
三、范德华力
范德华力是中性分子之间由于瞬时偶极矩产生的相互作用力。
这种力通常较弱，但在分子晶体的形成和性质中起着重要作用。
范德华力包括取向力、诱导力和色散力，它们共同决定了分子间的相互吸引和排斥。
四、氢键
氢键是分子间或分子内由于氢原子与电负性原子之间的相互作用形成的弱相互作用力。
这种力通常影响物质的物理性质，如熔点、沸点和溶解度。
氢键的形成与水分子的存在密切相关，因此在水的性质中扮演着重要角色。
总结：
共价键、离子键、范德华力和氢键是构成物质的粒子间的不同作用力，它们各自具有独特的特点和重要性。
了解这些作用力的性质和特点，有助于更好地理解物质的性质和行为，为化学研究和应用提供基础支撑。
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一.氢键产生的条件和影响
在许多情况下，一个氢原子不仅仅被一个原子而是被两个原子强有力地吸引着，因此可以把它看作是在两个原子之间的键--氢键，可表示为X-H…Y
氢键是一种弱键，键能在2-10kcal/mol范围，因为键能小，它在形成和分离时所需的活化能也很小，特别适合在常温下的反应. 氢键能使蛋白质分子限制在它的天然构型上。
今天，正当生命科学对我们生存的社会发生越来越大的影响时，了解氢键在蛋白质、核酸等大分子中的作用有更重要的意义。
氢键是氢的正离子（异常小）把一个负离子吸引到一个平衡距离，同样，它还可以吸引第二个负离子，从而形成一个稳定的复合体，但是由于负离子的排斥作用，氢质子不可能再吸引第三个负离子，所以氢的配位数为2。
一般说来，氢原子只与电负性最大的元素如F、O、N、Cl等形成氢键。
而电负性越大，氢键强度也越大。
实验发现，氟生成的氢键很强，氧的较弱，氮、氯更弱。
在所有的氢键中，氢原子总是比较靠近两个原子中的一个，例如冰的晶体中，质子离一个氧原子的距离为100pm，离另一个氧原子为176pm。
形成氢键的物质的物理性质，如沸点、熔点会发生明显的变化--由此得出结论， HF、NH3、H2O晶体中的氢键在熔化时一部分被破坏，还有一部分（超过半数）还留在液体中，最后汽化时才破坏。
只有HF中的氢键特别强，在蒸汽中仍有部分聚合体。
有些液态物质如NH3、H2O，观察到反常的高介电常数，可归结为氢键产生的连续聚合作用。
二.几种重要化合物的氢键
1.水
水是地球上数量最多的化合物之一，与人们的生活、动植物生长、工农业生产密切相关。
由于水的结构在不同温度、压力下都有变化，几个世纪前人们就开始研究水的结构，这种研究一直持续至今日。
气态单个水分子的结构已确定键长95.7pm，∠HOH为在冰、水或水合物晶体中，H2O分子均可看作按四面体方向分布的电荷体系。
水分子的两个氢原子指向四面体
的两个顶点，显正电性。
而氧原子上的两个孤对电子指向四面体另外的两个顶点，显负电性。
正电性一端常和另一水分子的负电性一端或其它负离子结合，形成，
或型氢键；负电性的一端常和正离子或其它分子的正电性一端结合，形成，等型式的氢键。
常压下，水冷至0℃以下即可形成六方晶系的冰-I h，生活中常见的冰、雪、霜都属于这种结构。
0°C时，冰的六方晶系参数为：a=452.27pm，c=736.71pm。
晶胞中包含4个水分子，空间群为P61/mmc，密度为0.9168g·cm-3。
在冰的晶体中，氢原子核为无序分布，氢原子与近端氧原子的平均距离为97pm，与远端氧相距约为179pm。
在真空中，控制温度在133～153k，可从水蒸气直接结晶成立方晶系的冰Ic，Ic晶体中氧原子排列和金刚石相似，而氢原子也是无序排列。
冰在加压条件下，还可转变成一列不同晶型II～IX，其中VIII与IX为低温时的晶型。
各种高压晶型的冰，其密度都比冰I高(Ⅱ 1.17，Ⅲ 1.16，Ⅳ 1.29，V 1.23，VI 1.31，Ⅶ1.65，IX1.16g·cm-3)。
其原因不是高压下氢键O-H…O缩短所致，而是O原子配位数增加，出现O和O的非键配位，使其密度增大。
液态水的结构也有多种变化，至今仍是研究热点，国际上有人用分子动力学模拟液态水的结构。
2.醇与羧酸
在结晶醇中，分子通常用折链状氢键联合成聚合体。
甲醇晶体就具有这种链状结构，氢键长度为266pm。
晶体熔化时形成链状或环状联合体，一般氢键未破坏。
从液态变为气态，氢键受到破坏，气化热与沸点均明显升高。
有人发现甲醇蒸气中有四聚体存在，它的结构可能是四个氢键组成的正方形结构：
季戊四醇形成四方晶体，氢键键长269pm，把氧原子联结成与甲骨醇四聚体相同的正方形结构。
图6－16 季戊四醇C(CH2OH)4结构
大圆圈表示氧原子，中等圆圈表示碳原子小圆圈表示与碳原子联结的氢原子，双线表示氢键
许多羧酸由于氢键可产生二聚体，例如乙酸二聚体中氧氢键长度为107.5pm，比冰中101pm大得多，这是由于氢键强度增加所致。
氢键对晶体物理性质的影响在草酸中表现很突出。
草酸有两种无水晶型。
型形成氢键结合的分子层，因此很容易解离，一层层剥开。
型晶体含有长分子链结构, 两种晶型
中氢键长度约为265pm。
二者的结构如图所示。
图6－17 草酸型晶体的层状结构
图6－18 草酸型晶体的链结构
其它的羧酸都有类似结构，如丁二酸COOH(CH2)2COOH，戊二酸COOH(CH2)3COOH，己二酸COOH(CH2)4COOH等。
3.核酸中的氢键
核酸构成遗传的基因，同时控制着蛋白质的制造和有机体细胞的机能。
去氧核糖核酸结构中，氢键起着重要的作用。
这个结构包含形成一个双螺旋体的两个相互交织的多核甙酸链的细致互补结构，链上的每一对核甙酸分子来说，一个链上的嘧啶根与另一个链上的嘌呤根之间有氢键生成。
在去氧核糖核酸中发现的嘧啶是胸腺嘧啶和胞嘧啶；其中的嘌呤是腺嘌呤和鸟嘌呤。
图6－19 腺嘌呤和胸腺嘧啶生成由两个氢键联结的互补对的示意图图6－20 胞嘧啶和鸟嘌呤生成三个氢键联结的互补对的示意图。