Δήμητρα Σπανού Χημικός, Καθηγήτρια Δ/θμιας Εκπ/σης στο 1ο Γυμνάσιο Δάφνης
Η ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΤΩΝ ΜΟΡΙΩΝ ΚΑΘΟΡΙΖΕΤΑΙ ΑΠΟ ΤΗΝ ΔΡΑΣΗ ΔΙΑΜΟΡΙΑΚΩΝ ΔΥΝΑΜΕΩΝ
Σύμφωνα με την θεωρία Θεωρία Οξέων - βάσεων κατά τον H. Lewis (1927)
Βάσεις είναι οι χημικές ουσίες που μπορούν να συνδεθούν με κενό τροχιακό μιας άλλης ένωσης. Αυτό γίνεται με την προσφορά ενός ζεύγους ηλεκτρονίων
και στις κατηγορίες οξέων και βάσεων κατατάσονται πολλές ενώσεις όπως αμίνες ( RNH2), αλκοόλες (ROH), αιθέρες (ROR), θειόλες (RSH), θειοεστέρες
Τι είναι δεσμός υδρογόνου (κατά Lewis)
O δεσμός υδρογόνου ή γέφυρα υδρογόνου είναι μια από τις διαμοριακές έλξεις που συμβαίνει όταν σε ένα ομοιοπολικά συνδεδεμένου υδρογόνου ενός μορίου
ασκηθούν ελκτικές δυνάμεις από ζεύγος ελεύθερων ηλεκτρονίων ενός άλλου ατόμου* που ανήκει σε μια διαφορετική ομάδα ατόμων. Η ομάδα αυτή μπορεί να αποτελεί ένα ξεχωριστό μόριο (διαμοριακός δεσμός υδρογόνου) ή να αποτελεί τμήμα του αρχικού μορίου (ενδομοριακός δεσμός υδρογόνου)
* το άλλο άτομο του δεσμού υδρογόνου, πρέπει να είναι ηλεκτραρνητικό, ή τουλάχιστον ηλεκτραρνητικότερο του υδρογόνου
Η πρώτη ερμηνεία του δεσμού υδρογόνου δόθηκε από τον H. Lewis το 1920
με την γενικευμένη έννοια του ζεύγους ηλεκτρονίων που συμπεριέλαβε και την αλληλεπίδραση οξέος σε βάση
Τo φαινόμενο της εξουδετέρωσης οξέος από βάση ερμηνεύεται από τον Lewis, με την βοήθεια των δεσμών υδρογόνου και την ισχύ τους ανά περίπτωση.
Στην αλληλεπίδραση οξέος -βάσης συμμετέχουν βάσεις (B-O-H ) , οξέα (H-Χ), νερό (H-O-H) και δημιουργούνται δεσμοί υδρογόνου
Η επίδραση του δεσμόυ υδρογόνου σε γενικευμένα οξινες και βασικές ενώσεις.
Μπορεί να γίνει γενίκευση της ιδέας του όξινου και του βασικού σώματος και στην συνέχεια να δούμε τον δεσμό υδρογόνου που θα συνδέσει τέτοια μόρια, σαν την αλληλεπίδραση όξινων ομάδων Χ-Η και βασικών ομάδων :Β που ανήκουν
σε ίδια μόρια (συνεργάτες)
ή διαφορετικά μόρια ( σύμπλοκο Η).
Η θεωρία των Bronsded Lowry
έτσι και
Σύμφωνα με την Θεωρία Οξέων - βάσεων κατά τον Bronsted Lowry (1923)
Βάσεις είναι οι χημικές ενώσεις που μπορούν να γίνουν αποδέκτες πρωτονίων που αποσπούν από ένα οξύ (και σχηματίσουν δεσμό με το πρωτόνιο). Σύμφωνα με την ίδια θεωρία, το οξύ θεωρείται η ουσία που είναι ο δότης των πρωτονίων
( Όταν η βάση αποσπάσει το πρωτόνιο από το οξύ τότε μετατρέπεται η ίδια σε "συζυγές οξύ' και το οξυ σε "συζυγή βάση"
B (βάση) + HA (οξύ) --> BH (συζυγές οξύ) + H- (συζυγης βάση)
και υπ΄αυτήν την έννοια οξύ μπορεί να θεωρηθεί και το νερό)
Η φύση των δεσμών υδρογόνου από την άποψη των αλληλεπιδράσεων οξέων και βάσεων
Πιο συγκεκριμένα:
αν παραστήσω το οξύ R-X-H (δότης των πρωτονίων κατά Bronsted Lowry) και την βάση :B-Y (αποδέκτες πρωτονίων κατά Bronsted Lowry) *
τότε έχουμε σχηματισμό δεσμού υδρογόνου μεταξύ του R-X-H και της :B-Y και σχηματισμου του διμερούς ( συμπλόκου Η) R-X-H ...B-Y
ή συνεργάτη (R-X-H...X-R)
Η ενέργεια του διαμοριακού δεσμoύ υδρογόνου εξαρτάται από την φύση των ατόμων Χ και Β και από την γενική δομή των μορίων R-X-H , :Β-Υ.
Ίσχυροί δεσμοί υδρογόνου σε αυτές τις περιπτώσεις θεωρούνται αυτοί με ενέργεια 15-20 kj/mol. Τέτοιοι είναι δεσμοί Ο-Η-Ο σε αλκοόλες, νερό (εικόνα), καρβοξυλικά οξέα,
Επίσης,,οι δεσμοί Ο-Η--Ν οι δεσμοί Ν-Η--Ο οι δεσμοί Ν-Η--Ν που τους συναντάμε σε ενώσεις που περιέχουν ομάδες υδροξύλιου, αμίδιου, αμίνης όπως πρωτείνες, DNA (εικονα)
Ασθενείς δεσμοί υδρογόνου θεωρούνται αυτοί με ενέργεια από 6-15 kj/mol όπως ο δεσμός C-H-O σε κετόνες όπως στους δισακχαρίτες πχ σουκροζη, λακτόζη (εικόνες)
και αιθέρες
όπως και σε υδατικά διαλύματα οργανικών ενώσεων
Σε ενώσεις με ισχυρή σύνδεση,
παραμένει το σύμπλοκο αδιάστατο που μπορεί να είναι δισακχαρίτης, αιθέρας διάλυμα οργανικού οξέος (ασθενές οξύ). παράδειγμα οι διμοριακοί δεσμοί μεταξύ μορίων καρβοξυλικών οξέων είναι τόσο ισχυροί που παραμένουν ακόμα και σε αέρια κατάσταση.
Σε αυτήν την περίπτωση ο δεσμός υδρογόνου μπορεί να θεωρηθεί μερικώς ομοιοπολικός δεσμός
Ο δεσμός υδρογόνου ανάλογα με την ισχύ του μπορεί να φτάσει κοντά στην ισχύ και ενέργεια σύνδεσης του πραγματικού χημικού δεσμου και επομένως να έχει επίδραση στις ιδιότητες της ουσίας αντίθετα .
Η χαμηλότερη ενέργεια σύνδεσης για τον δεσμό υδρογόνου είναι 6kj/mol που συναντάται στον C-H-O
Τι ισχύει για την επίδραση οξέος σε βάση
Ότον έχουμε επίδραση οξέων σε βάσεις,
Το σύμπλοκο που δημιουργείται με την διαμοριακή μεσολάβηση δεσμού υδρογόνου, είτε παραμένει σε περίπτωση που
προέρχεται από ασθενές οξύ (ή δεν υπάρχει κατάλληλος διαλύτης για να προκαλέσει διάσπαση)
(δηλαδή, η ένωση R-X-H δεν έχει έντονη οξύτητα )
ή διασπάται
Αν το R-X-H έχει έντονη οξύτητα σχηματόζεται δίπολο που διασπάται σε ανιόντα R-X- και H-B+-Y
Σtην περίπτωση που το Χ είναι ισχυρά ηλεκτραρνητικό και η αύξηση της δεκτικότητας πρωτονίων στο Β, ώστε, η θετικότητα του Η αυξάνει
Η ενέργεια του διαμοριακού δεσμού υδρογόνου αυξάνεται εάν το αρνητικό μέρος του μορίου αντικατασταθεί από κάποιο άλλο ηλεκτραρνητικότερο. Τότε η διπολική ροπή αυξάνει και οι διαμοριακές συνδέσεις υδρογόνου γίνονται ισχυρότερες.
Οι αντιδράσεις που προχωρούν σε ενώσεις που έχουν μεταξύ τους ισχυρότερους διαμοριακούς δεσμούς υδρογόνου ευννοούνται.
Η επίδραση του δεσμόυ υδρογόνου σε γενικευμένα οξινες και βασικές ενώσεις.
Μπορεί να γίνει γενίκευση της ιδέας του όξινου και του βασικού σώματος και στην συνέχεια να δούμε τον δεσμό υδρογόνου που θα συνδέσει τέτοια μόρια, σαν την αλληλεπίδραση όξινων ομάδων Χ-Η και βασικών ομάδων :Β που ανήκουν
αν παραστήσω το οξύ R-X-H (δότης των πρωτονίων κατά Bronsted Lowry) και την βάση :B-Y (αποδέκτες πρωτονίων κατά Bronsted Lowry) *
τότε έχουμε σχηματισμό δεσμού υδρογόνου μεταξύ του R-X-H και της :B-Y και σχηματισμου του διμερούς ( συμπλόκου Η) R-X-H ...B-Y
ή συνεργάτη (R-X-H...X-R)
Η ενέργεια του διαμοριακού δεσμoύ υδρογόνου εξαρτάται από την φύση των ατόμων Χ και Β και από την γενική δομή των μορίων R-X-H , :Β-Υ
Στην διαμοριακή σύνδεση με δεσμό υδρογόνου, συμβαίνει και μεταξύ ίδιων μορίων αλλά και μεταξύ διαφορετικών μορίων
Σε ενώσεις με ισχυρή σύνδεση, παραμένει το σύμπλοκο αδιάστατο. Εάν πρόκειται για διαμοριακή σύνδεση διαφορετικών μορίων όπως για παράδειγμα μορίων νερού με μόρια αλκοόλης, τότε πρόκειται για ένα διάλυμα αλκοόλης σε νερό.
Από τις διαμοριακές ενώσεις στον σχηματισμό διαδικών συμπλεγμάτων
Η αλληλεπίδραση μεταξύ μορίων και ο σχηματισμός διμερών μορίων είτε ομοίων (συνεργάτες) ή διαφορετικά (συμπλεγμα Η) δεν περιορίζεται εκεί αλλά σε πολλές περιπτώσεις συμβαίνει εκτεταμένη αλληλεπίδραση μορίων και δημιουργία συμπλεγμάτων όπως αλυσίδες, δακτυλίους χωρικά πλέγματα.
Τέτοιες περιπτώσεις συναντάμε στο νερό, υδροφθόριο, αλκοόλες, φαινόλες αμίδια πρωτείνες αλλά και διαλύματα αμμωνίας, αλκοόλης κ.α.
Δεσμοί υδρογόνου ενδομοριακοί και διαμοριακοί
Ο δεσμός υδρογόνου μεταξύ ενός ατόμου υδρογόνου ομοιοπολικά συνδεδεμένου και ενός άλλου ατόμου ηλεκτραρνητικότερου που ανήκει σε μια διαφορετική
.jpg)
ομάδα ατόμων μπορεί να γίνει διαμοριακά ή ενδομοριακά .
.png)
Αν η ομάδα αυτή αποτελεί ένα ξεχωριστό μόριο ή να αποτελεί μέρος ενός άλλου μορίου, εχουμε τον διαμοριακό δεσμό υδρογόνου
Αν όμως αποτελεί τμήμα του αρχικού μορίου έχουμε ενδομοριακό δεσμό υδρογόνου. Γνωστές ενώσεις με ενδομοριακούς δεσμούς υδρογόνου είναι το μόριο του DNA οι πρωτεινες κ.α
το άλλο άτομο του δεσμού υδρογόνου, πρέπει να είναι ηλεκτραρνητικό, ή τουλάχιστον ηλεκτραρνητικότερο του υδρογόνου τότε έχουμε ενδομοριακούς δεσμούς υδρογόνου
.jpg)
Δήμητρα Σπανού
- ΠΗΓΕΣ
Δεσμοί υδρογόνου - ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ: ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ (studme.org)
Δεσμοί υδρογόνου - ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ: ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ (studme.org)
Δομή πρωτεϊνών: Τριτοταγής διαμόρφωση της δομής - PDF ΔΩΡΕΑΝ Λήψη (docplayer.gr)
Льюис, Джозеф Х. — Википедия (wikipedia.org)