甘氨酸与6-羟基嘌呤氢键作用的理论研究
水分子簇中氢键作用
水分子簇中氢键作用 张建平 赵 林 王林双 (天津大学化工学院天津 300072) 摘要概述了近年来为揭示水分子簇存在形态的成因所做的理论和实验研究，指出除范德华力外，氢键和似共价键是水分子间的主要作用力。总结了水分子簇中氢键的四种作用方式，包括协同效 应、氢键的转动、氢键的振动以及氢键变换；分别讨论了这四种作用方式以及似共价键对水分子簇存 在状态的影响，最后对该领域的研究前景作了展望。 关键词水分子簇氢键似共价键 Hydrogen Bonds in Water Clusters Zhang Jianping, Zhao Lin, Wang Linshuang (School of Chemical Engineering，Tianjin University, Tianjin 300072) Abstract Theoretical and experimental studies that reveal the formation of water clusters have been summarized. Besides van der Waals force, hydrogen bonds and quasi-covalent bonds between water molecules are major forces. Four kinds of kinetic motions of hydrogen bonds in water clusters are outlined, including cooperative effect, rotation, vibration and inter conversion, and the effects on the structure of water clusters caused by quasi-covalent bonds and H-bond kinetic motions are explained in detail. Finally, the perspective in this research field is also discussed. Key words Water clusters, Hydrogen bond, Quasi-covalent bond 水是大自然赋予我们的宝贵资源，也是人类赖以生存的必要条件，关于水分子簇结构与功能的研究已成为当今科研前沿的热点之一，其深层研究可望为揭示物理化学、生命科学等领域的本质问题提供有力工具[1~3]。 近年来，随着光谱科学和微观测试技术的发展以及分子轨道理论的介入，水分子簇的研究进入了量子时期，从而为揭示水分子簇存在形态的成因提供了实验和理论依据。基于蒙特卡罗模拟的极化-解离多体经验势能函数(PD-PEF)[4]在计算(H2O)n(n＝2～8)的水分子簇的结构特征和分子尺度过程中，将氢原子视为单一的裸露质子，由于其充分考虑到分子间氢键及分子内部作用力的影响，适于计算水分子簇的结构特征参数。在六元水分子簇稳定性的研究中[5,6]，应用从头计算法的独立分子模型，通过平动矢量和欧拉角将簇中每个分子的位置和取向逐一标定，总结出六水分子簇的五种结构形式，并通过计算氢键强度及自由能的大小，得出环状六水分子簇具有最稳定结构的结论。进入上世纪90年代以来，美国加州大学Berkeley实验室设计的远红外振转隧道光谱仪能够清晰观测到分子间的振转谱线，为深层次研究氢键作用下水分子簇的微观结构开辟了一条崭新的途径[7]。 张建平 男，28岁，博士生，现从事废弃物处理和水的功能化研究。E-mail: jianpingzhang@https://www.360docs.net/doc/fe12047004.html, 国家自然科学基金资助项目(20376054) 2005-03-04收稿，2005-08-30接受
氢键在现代化学中的作用
氢键在现代化学中的作用 随着科学的不断发展,现在化学的研究对象，已经远远超出了常规的、以共价键为基础的分子，它包括从原子、分子片、结构单元、分子、高分子、生物大分子、超分子、分子和原子的各种不同维数、不同尺度和不同复杂程度的聚集体、组装体、分子材料、分子器件和分子机器。化学已从分子化学发展为超分子化学，超分子化学是分子以上层次的化学，是化学、生物学、物理学、材料科学、信息科学、环境科学等学科相互交叉融合的产物。超分子化合物因其在光、电、磁化学和分离、吸附、催化等领域所具有的应用前景而备受青睐。而分子之间以及分子以上层次的超分子及有序高级结构的组装体，则是依靠分子间的相互作用如氢键、范德华力、偶极-偶极相互作用、亲水-疏水相互作用、π-π堆积力等将分子结合在一起。在各种分子间相互作用中，氢键占有很特殊的地位，被称作为“超分子化学中的万能相互作用”。 氢键有别于其他分子间相互作用之处在于： （1）氢键在类型、长度、强度和几何构型上是变化多样的，每个分子中的一个强氢键足以决定固态结构，并且在很大程度上影响其液态和气态的存在。弱氢键在稳定结构中也起到一定的作用，当有很多氢键协同作用时效果可以变得很显著； （2）氢键具有方向性、饱和性和可预见性，能够设计和合成出含有特征质子给体和特征质子受体的分子，可以按照所希望的方式将一定的结构单元或功能单元通过氢键组装成具有优异的光、电、磁、催化、生物活性等特性的材料； （3）氢键强度介于化学键和范德华力之间，形成和破坏都比较容易，其动态可逆的特点，使其对外部环境的刺激能产生独特的响应，在决定材料的性质和新型材料的设计中至关重要。因此，氢键在现代化学、材料科学以及生命科学中所起的作用越来越重要。 通过氢键形成超分子 超分子是指由2种或2种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起,组装成复杂的、有组织的聚集体，并保持一定的完整性,具有明确的微观结构和宏观特性。超分子不是分子的简单聚集,它的结构和特性与它们的纯分子组分的聚集性质不同。 通过氢键进行分子识别 超分子体系主要有识别、转换和传输功能。而分子识别是超分子化学的核心。分子识别
【论文故事】科学家首次“看到”了氢键的相互作用
【论文故事】科学家首次“看到”了氢键的相互作用Jerrusalem发表于2014-07-25 14:40 ?愿氢键与你同在！?图片来源：https://www.360docs.net/doc/fe12047004.html, 近日，麻省理工学院和芝加哥大学的科学家使用新开发的超速飞秒红外光源，得以直接"看到"被氢键连接的分子之间的协调振动。这是人类第一次观察到这种在分子水平上随处可见的化学作用。果壳网就此对化学家、论文第一作者路易吉·德马尔科（Luigi De Marco）进行了采访。 氢键通常被视为一些中性电荷分子稍带负电的一端和稍带正电的一端之间的相互吸引力。在接受果壳网采访时，德马尔科教授对氢键的相互作用做出了解释：?氢键的连接是一个十分重要的化学反应，它支配着许多物理、化学和生物反应现象。?由于氢原子独特的极性性质，氢键能够发生在已经以共价键相连接的氢原子和另一个原子之间。通常，氢原子两边连接的原子电负性都较强。 ?在溶液体系中，将会形成溶剂与溶质之间的强力氢键连接。?德马尔科说道，?当我们要研究比如水合溶剂和配体蛋白的连接时，氢键的这种动态相互作用就尤为重要。?氢键在生物大分子反应中也起到了关键作用，而且往往是发现新药物的关键。但德马尔科同时表示：?一般来说，这种氢键连接的分子的相互作用很难被观测到，这是因为会有来自非相互作用的其他‘噪音’信号。不过，我们已经开发出了一项技术，可以直接探测这种相互作用的实时动态变化。? 德马尔科向果壳网解释了这项技术的发展：?实际上我们的研究小组在几年前已经开发了类似的技术。简单来说，我们发明了一种方法，来生成一种很短的红外脉冲，但具有难以置信的广谱性。这让我们能够在光谱上把氢键的振动和系统中的其他振动区别开来，这就是我们如何‘直接’观察到氢键的相互作用的。? 氢键连接的分子的振动。图片来源：https://www.360docs.net/doc/fe12047004.html,
氢键对物质结构和性质的影响及其应用前景
氢键对物质结构和性质的影响及其应用前景 夏菲 王宙 郭培培 陈俏 （西北大学化学系05级化学专业 西安 710069） 摘要：本文主要论述氢键在结构和性质两方面对物质的影响，并讨论了氢键的广泛地应用前景。 关键词：氢键物质结构性质影响 氢键（Hydrogen Bonding）是指与电负性极强的元素X相结合的氢原子和另一分子中电负性极强的原子Y之间形成的一种弱键。可以表示成X—H…Y。氢键虽然是一种弱键，但由于它的存在，物质的性质出现了反常现象，在形状结构等方面受到了很大的影响。下面将从氢键的形成、特征、对物质结构和性质的影响和应用前景等方面逐一论述。 氢键由于广泛存在与化合物中，因此在研究化合物的性能时，氢键起着重要的作用。氢键的键能介于共价键和范德华力之间，其键能小，形成或破坏所需的活化能也小，加上形成氢键的结构条件比较灵活，特别容易在常温下引起反应和变化，故氢键是影响化合物性质的一个重要因素。 1．对物质构型的影响 氢键对物质的结构和构型有着很大的影响，就蛋白质而言，蛋白质分子是由氨基酸组成的，有多个氨基酸通过肽键而形成的多肽称为多肽链，氨基酸在多肽链中按一定顺序排列构 成蛋白质的肽链骨架，称为蛋白质的一级结构。在多肽链中o c和N H 可形成大 量的氢键（N—H…O）使蛋白质按螺旋方式卷曲成立体构型，称为蛋白质的二级结构。近年来的研究指出，二级结构是合理的螺旋结构，可见氢键对蛋白质维持一定空间构型起着重要的作用。 2．对物质性质的影响 2.1对化合物的沸点和熔点影响 在有机物分子内形成氢键时，分子间的结合力降低，因而使化合物的熔点、沸点减低，如邻硝基苯酚的沸点是45℃，间位和对位分别是96℃和114℃，因为邻硝基苯酚中―OH与― NO 2相距较近，―NO 2 上的氧可以与―OH上的氢形成分子内氢键（螯环），这样就难能再形成分 子间氢键，减弱了邻位异构体分子间的引力；而在对硝基苯酚分子中，则由于―OH与―NO 2 相距较远，不能在分子内形成氢键，而分子间通过氢键缔合起来，所以前者熔沸点低、挥发性
自大会通过氢键和C - H键 p相互作用
自大会通过氢键和C - H键？？？ p相互作用 金属配合物中的N - functionalised甘氨酸 Nilotpal Barooah ，Anirban Karmakar ， Rupam学者萨尔马，Jubaraj湾Baruah * 化学系印度理工学院，北高哈蒂，阿萨姆邦，阿萨姆邦781 039 ，印度 收到2006年7月16号;接受2006年7月30 网上提供2006年8月11 摘要 该物[ Ni （母语） 2 （坪）2 ] 。甲苯（母语为N - phthaloylglycinato 和芘是吡啶）制备固相反应，而 共同组成晶体具有2 [镍（母语） 2 （坪） 3 （水）] ? [镍（母语） 2 （坪）2 （水） 2 ] ? 2py ? 2H2O的解决方案，获得国家的反应。 ？ 2006年埃尔塞维尔B.诉保留所有权利。 关键词：自组装;联合晶体;甘氨酸衍生物;金属配合物;的C - H ？？？p 相互作用 金属针对大会的分子不仅是管辖 通过协调模式的金属离子，而且还指示 通过各种非共价部队来自结构 功能配体/ s的选择[ 1 ] 。这些薄弱尚未 可逆性和方向性的相互作用，如hydrogenbonding 和首个互动广泛探讨设计 上层建筑与新颖性领域中的无机 晶体工程[ 2 ] 。然而，与hydrogenbonding ， 的首个互动的方向，从而减少 的结构特点任何的P -堆叠系统较难预测 [ 3 ] 。此外的P -互动薄弱的解决方案 关联相对方向的P -堆叠物种
固态高度肯定[ 4 ] 。不同 金属有机框架金属羧酸 框架，具有重要的地位，其结构功能 和范围的研究作为多孔材料[ 5 ] 。印第安纳州 我们最近的研究已经表明，我们的重要性弱 相互作用的无机和有机衍生物Nphthaloylglycine 并在N - phthaloylglycylglycine [ 6-8 ] 。它 将是很有意思的，如果这些互动可以引导，使 这其中的每一个具有竞争力和超越每 其他指导的结构特点。从我们最近的 从现有的经验和文献邻苯二甲 相关系统有人认为的P - P和C - H键？？？ p相互作用 可引导结构的自组装[ 9 ] 。为了 研究相互相互作用氢键和pstacking 在金属的相互作用，我们针对议会 决定使用N phthaloylglycine （母语）， 4 -羧基Nphthaloylglycine （二级）和N - phthaloylglycylglycine （三级） 作为配体的络合比较目的 其中的结构，配体三级[ 7 ]和L1 [ 10 ]有 据报道最近。 ? ? ? 俄亥俄州 ? ? ? ? 俄亥俄州 ? ? ? ? 环
氢键的形成以及对物质性质的影响教学内容
氢键的形成以及对物质性质的影响
精品文档 氢键的形成以及对物质性质的影响 090901135 姚瑶 摘要：本文主要论述了氢键的本质，形成，种类以及对物质性质的影响，阐述了氢键形成的条件以及分子中存在氢键物理和化学性质的变化。 关键词：氢键，形成条件，影响 在高中化学课本必修2第二章中讲微粒之间的相互作用力涉及到氢键的内容，NH3，H2O，HF等分子之间存在一种比分子间作用力稍强的相互作用，这种相互作用叫氢键。氢键是已经以共价键与其他原子键合的氢原子与另一个原子间产生的分子间作用力。 原子半径较小，非金属性很强的原子X（N，O，F）与H原子形成强极性共价键，与另一个分子中半径较小，非金属性很强的原子Y（N，O，F）产生较强的静电吸引，形成氢键，通式X-H…Y-H（X,Y可同可不同，一般为N，O，F）。氢键可以分为分子间氢键和分子内氢键。根据氢键的形成条件，CHF3满足氢键形成条件，但CHF3能否形成分子间氢键？形成氢键必须满足俩个基本条件，第一：分子中必须有一个与电负性很强的元素形成强极性键的氢原子，第二：另一分子中必须有带孤对电子对，电负性大，且原子半径小的元素（如F，O，N等），因为氢原子的特点是原子半径小，结构简单，核外只有一个电子，无内层电子，它与电负性大的元素形成共价键后，电子强烈电负性大的元素一边，使氢几乎成为赤裸的质子，呈现相当强的正电负性，因此它易与另一分子中电负性大的元素接近，并产生静电吸引作用，从而形成氢键。但分析CHF3的结构，其中的H原子是不符合形成氢键条件的，因为H是和电负性不太大的C原子相连的。在CHF3分子中，三个F原子和C相连，F原子电负性很大，是否会由于三个F对C的作用从而诱导H有了较大的正电性而能够形成氢键呢？我们知道，若分子间形成氢键，则同类型化合物的熔沸点将出现异常现象。因为氢键的形成会使分子间有了较强的结合力，化合物的熔点和沸点会显著升高。如某些氢化物的沸点递变顺序：NH3>PH3>AsH3>SbH3结构和组成相似的分子型物质，沸点随分子量增大而升高，但这里却出现意外，原因是HF，H2O，NH3分子间形成了氢键。再考虑CHF3，若能形成分子间氢键，那么在CHX3的同类型化合物中也应出现沸点变化的异常现象，而通过实验数据却给出了否定答案 三卤甲烷 CHF3 CHCl3 CHBr3 CHI3 沸点 -82.2 61.7 149.5 218 CHF3的气化热为16.7KJ/mol属于一般极性分子的范德华力的作用能范围，也不显现分子间氢键的存在。由此可知，无论从分子结构分析还是实验数据验证，都是不支持CHF3能形成分子间氢键的。 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
分子间作用力和氢键
分子间作用力和氢键 一、分子间作用力 NH3、Cl2、CO2等气体，在降低温度、增大压强时，能凝结成液态或固态。在这个过程中，气体分子间的距离不断缩短，最后由不规则运动的混乱状态转变为有规则排列的固态。这说明物质的分子之间必定存在着某种作用力，能把它们的分子聚集在一起。这种作用力叫做分子间作用力，又称范德华力。 我们知道，化学键是原子结合成分子时，相邻原子间强烈的相互作用，而分子间作用力与化学键比起来要弱得多。分子间作用力随着分子极性和相对分子质量的增大而增大。 分子间作用力的大小，对物质的熔点、沸点、溶解度等有影响。对于组成和结构相似的物质来说，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的熔点、沸点也越高。例如，卤素单质，随着相对分子质量的增大，分子间作用力增大，它们的熔点、沸点也相应升高(见图1-8)，四卤化碳也有类似的情形(见图1-9)。
二、氢键 前面已介绍过某些结构相似的物质随着相对分子质量的增大分子间作用力增大，以及它们的熔点和沸点也随着升高的事实。但是有些氢化物的熔点和沸点的递变与以上事实不完全符合。让我们来看一下图 1-10。从图上可以看出，NH3、H2O和HF的沸点反常。例如，HF的沸点按沸点曲线的下降趋势应该在-90℃以下，而实际上是20℃；H2O的沸点按沸点曲线下降趋势应该在-70℃以下，而实际上是100℃。 为什么HF、H2O和NH3的沸点会反常呢？这是因为它们的分子之间存在着一种比分子间作用力稍强的相互作用，使得它们只能在较高的温度下才能汽化。经科学研究证明，上述物质的分子之间存在着的这种相互作用，叫做氢键。 氢键是怎样形成的呢？现在以HF为例来说明。在HF分子中，由于F 原子吸引电子的能力很强，H——F键的极性很强，共用电子对强烈地偏
氢键相互作用
分子间氢键相互作用 氢键：氢键是种弱作用力形成特殊类型的偶极-偶极吸引力,当氢原子键合到一个强电负性原子中存在的另一个具有孤对电子的电负性原子附近时发生。这些键通常比普通的偶极-偶极和色散力强，但比真正的共价键和离子键弱。 氢键存在的证据：许多元素形成与氢的化合物。如果绘制4族元素与氢的化合物的沸点，你发现的沸点随着族元素向下而升高。如下图 沸点增大的发生由于分子具有越来越多的电子放大，因此范德华色散力变得更大。如果你重复上述在5、6和7族氢元素化合物的沸点图，奇特的现象发生了。
虽然大多数情况下的趋势与4族中的一样，氢与各族中的第一个元素的化合物的沸点异常高。在NH 3，H 2 O和HF的情况下，必存在一些额外吸引的分子间作用力，需要更多的热能来破坏。这些相对强大的分子间力被描述为氢键。 形成氢键的起源：分子具有这种额外的键的是： （注：实线表示在屏幕或纸张平面内的键。虚线键表示远离你的屏幕或纸张的背面，楔形键是指向你的） 在每一个这些分子中注意： 1.氢原子直接结合到最负电元素之一，导致氢原子获得显著量的正 电荷。 2.每个连接氢原子的元素不仅显著的负电性，而且还具有至少一个 “有效的”孤对。 2-级的孤对有电子被包含在一个相对小的体积的空间，因此具有高密度的负电荷。 考虑两个的水分子的接近结合：
δ+氢原子强烈吸引着孤对以致它几乎像形成配位共价键一样。它不会走那么远，但吸引力显著比普通的偶极-偶极相互作用强。 氢键有大约平均共价键强度的十分之一，并正在液态水中不断被打破和重新形成。如果你把氧原子和氢原子间的共价键比喻成稳定的婚姻，氢键具有“只是好朋友”的状态。 水是氢键的一个“完美”例子。注意每个水分子有可能与周围的水分子形成四个氢键。这也确是δ+氢原子和孤对的数目，所以他们中每一个都参与氢键。 这就是为什么水的沸点比氨或氟化氢更高。在氨的情况下，形成氢键的数目由每个氮上只有一个孤对的事实所限制。在氨分子的基团中，没有足够孤对满足周围所有氢原子。在氟化氢中，问题是缺少氢原子。在水中，孤对和氢原子的数目正好合适。水可以被认为是“完美”的氢键系统。
高中化学氢键-分子间作用力
1．化学键：相邻的两个或多个原子（或离子）之间强烈的相互作用叫做化学键。 2．化学键的存在： （1）稀有气体单质中不存在； （2）多原子单质分子中存在共价键； （3）非金属化合物分子中存在共价键（包括酸）； （4）离子化合物中一定存在离子键，可能有共价键的存在（Na2O2、NaOH、 NH4Cl），共价化合物中不存在离子 键； （5）离子化合物可由非金属构成，如：NH4NO3、NH4Cl 。 3．化学反应的本质：一个化学反应的的过程，本质上就是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。 4．金属键：金属晶体中，金属阳离子与自由电子之间的强烈静电作用。 5．配位键：电子对由一个原子单方面提供而跟另一个原子共用而形成的共价键。 （1）孤对电子：原子最外层存在没有跟其它原子共用的电子对。 （2）虽然配位键和其它键的形成不同，但一旦形成后则与其它共价键无任何区别。 6．分子间作用力 定义：把分子聚集在一起的作用力叫做分子间作用力（也叫范德华力）。 （1）分子间作用力比化学键弱得多，是一种微弱的相互作用，它主要影响物质的熔、沸点等物理性质，而化学键主要影响物质的化学性质。 （2）分子间作用力主要存在于由分子构成的物质中，如：多数非金属单质、稀有气体、非金属氧化物、酸、氢化物、有机物等。 （3）分子间作用力的范围很小（一般是300-500pm）,只有分子间的距离很小时才有。 （4）一般来说，对于组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高。如卤素单质：
为什么HF、H2O和NH3的沸点会反常呢？ （1）形成条件：原子半径较小，非金属性很强的原子X，（N、O、F）与H原子形成强极性共价键，与另一个分子的半径较小，非金属性很强的原子Y （N、O、F），在分子间H与Y产生较强的静电吸引，形成氢键 （2）表示方法：X—H…Y—H（X.Y可相同或不同，一般为N、O、F）。 （3）氢键能级：比化学键弱很多，但比分子间作用力稍强 （4）特征：具有方向性。 （5）氢键作用：使物质有较高的熔沸点（H2O、HF 、NH3）使物质易溶于水 （C2H5OH，CH3COOH）解释一些 反常现象。 结果1：氢键的形成会使含有氢键的物质的熔、沸点大大升高。如：水的沸点高、氨易液化等。这是因为固体熔 化或液体汽化时，必须破坏分子间作用力和氢键。 结果2：氢键的形成对物质的溶解性也有影响，如：NH3极易溶于水。
自大会通过氢键和CH键p相互作用
自大会通过氢键和C - H键？？？p相互作用 金属配合物中的N - functionalised甘氨酸 Nilotpal Barooah ，Anirban Karmakar ，Rupam学者萨尔马，Jubaraj湾Baruah * 化学系印度理工学院，北高哈蒂，阿萨姆邦，阿萨姆邦781 039 ，印度 收到2006年7月16号;接受2006年7月30 网上提供2006年8月11 摘要 该物[ Ni （母语）2 （坪）2 ] 。甲苯（母语为N - phthaloylglycinato和芘是吡啶）制备固相反应，而 共同组成晶体具有2 [镍（母语）2 （坪）3 （水）] ? [镍（母语）2 （坪）2 （水）2 ] ? 2py ? 2H2O的解决方案，获得国家的反应。 ？2006年埃尔塞维尔B.诉保留所有权利。 关键词：自组装;联合晶体;甘氨酸衍生物;金属配合物;的C - H ？？？p相互作用 金属针对大会的分子不仅是管辖 通过协调模式的金属离子，而且还指示 通过各种非共价部队来自结构 功能配体/ s的选择[ 1 ] 。这些薄弱尚未 可逆性和方向性的相互作用，如hydrogenbonding 和首个互动广泛探讨设计 上层建筑与新颖性领域中的无机 晶体工程[ 2 ] 。然而，与hydrogenbonding ，
的首个互动的方向，从而减少 的结构特点任何的P -堆叠系统较难预测 [ 3 ] 。此外的P -互动薄弱的解决方案 关联相对方向的P -堆叠物种 固态高度肯定[ 4 ] 。不同 金属有机框架金属羧酸 框架，具有重要的地位，其结构功能 和X围的研究作为多孔材料[ 5 ] 。印第安纳州 我们最近的研究已经表明，我们的重要性弱 相互作用的无机和有机衍生物Nphthaloylglycine 并在N - phthaloylglycylglycine [ 6-8 ] 。它 将是很有意思的，如果这些互动可以引导，使 这其中的每一个具有竞争力和超越每 其他指导的结构特点。从我们最近的 从现有的经验和文献邻苯二甲 相关系统有人认为的P - P和C - H键？？？p相互作用 可引导结构的自组装[ 9 ] 。为了 研究相互相互作用氢键和pstacking 在金属的相互作用，我们针对议会 决定使用N phthaloylglycine （母语），4 -羧基Nphthaloylglycine （二级）和N - phthaloylglycylglycine （三级） 作为配体的络合比较目的
氢键知识要点
-质子传递现象与某些重要的生命过程存在着深刻的内在联系, -氢键是一个质子给体与一个受体之间相互作用的关系 两种特殊的氢键形式 对称氢键：氢键质子位于给体和受体原子间连线的中点（KHF2和二甲酸氢钠等） 分叉氢键（多中心氢键）：一个质子给体A-H可与两个或三个受体B形成氢键,或两个以上的质子给体与同一个受体形成氢键。 -质子传递发生后,导致了给体和受体的电荷和构型的变化。如果质子传递沿氢键链进行,或与相邻氢键发生偶合,则会引起体系极性的转变,产生电荷的定向传导和分子结构的重排。 研究层次：1.小分子氢键体系——体系简单,实验数据较多 2. 中等大小的氢键体系——研究氢键和质子传递的理想模型 3.大分子氢键体系——类体系复杂,在理论和实验上均有相当难度 -单一氢键中,质子从给体原子转移到受体原子,有两种可能途径: 1.质子隧道效应(proton tunneling),即质子隧穿势垒到达对面的势阱,前提 是在对面的势阱中具有合适的质子接受能级。通常认为,低温下固体中的 质子传递以隧道效应为主。 2.质子跳跃(proton flopping),即质子通过热活化翻跃势垒进入对面的势 阱。反应能否发生取决于质子传递势垒的高度。一般地,在室温以上,体系 的质子传递以质子跳跃为主 -氢键链中,质子的传递机理非常复杂,已提出的假说: 1.孤子机理。（为解释质子在膜蛋白氢键链中的高效传递性质）,Kashimori 等引入了孤子机理。该理论认为,质子传递可以用薛定谔方程的孤子解来 描述。孤子可使能量定域化,能稳定体系的激发态,从而保证了能量传递的 高效性。但由于相邻氢键的质子间偶合过小,该机理的合理性曾受到质疑。 2.Grotthuss机理。根据在水溶液中质子传递的速率高于水分子的扩散速 率,认为在氢键链中,质子传递分两步进行,第一步进行质子转移,第二步进 行结构重排。 -谱学和衍射手段,极大地方便了氢键和质子传递的研究工作。 展望： -进一步完善氢键理论，研究氢键动态过程。 -与生物体系紧密结合 -探索质子传递材料的设计 -氢键型磁体、质子开关、氢键储能材料等
通过加强氢键之间的作用合成介孔碳材料
通过加强氢键之间的作用合成介孔碳材料 Chengdu Liang and Sheng Dai* Chemical Sciences Division, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee 37831-6201 Received January 12, 2006; E-mail: dais@https://www.360docs.net/doc/fe12047004.html, 多孔碳材料普遍存在于分离[1,2]，催化[3]与能量的贮存和转化[4]等过程中。最近，用中等孔径的二氧化硅作为支架的纳米浇铸法已经被广泛的研究以用于具有特定中等孔径结构的多孔碳材料[3-9]。二氧化硅支架通常先用特定的表面活性剂模板预先处理过[5]。这种纳米浇铸发的主要缺点有以下两点：（1）需要一个制备支架的额外步骤，（2）不仅在二氧化硅支架上需要阴极保护，而且在制备上述支架的过程中还需要用表面活化剂模板。此外，苛刻的炭化条件可能导致忠实复制过程和仿制支架结构完整性的复制过程，因此纳米浇铸法难以应用于大型取向纳米孔隙碳材料薄膜。最近，我们的团队[10,11]以及其他的一些团队[12-15]已经发表了通过自组装技术合成高度取向的介孔碳作为上述方法的替代方法。这种方法的主要特点是直接用共聚物作为模板进行自组装以制备多孔碳结构而不需要额外增加制备作为模板的二氧化硅结构的过程。 尽管自组装方法在商业应用中可行以及嵌段共聚物的成本低廉使得自组装浇铸技术被广泛的作为制备具有各种孔隙结构的中孔二氧化硅的模板[16]，然而由于它的反应条件苛刻限制了其在直接运用于合成介孔材料[10-14]。例如,Tanaka 等[12]介绍的用直接模板法合成的有序多孔碳材料的过程中需要二氧化硅呈现圆片状或胶片状，并且在合成过程中需要加入原乙酸三乙酯(加入该物质的原因尚未知晓)。Zhao和他的研究小组[13]改进的介孔碳颗粒的合成方法中PH值的在一个很小的范围。很明显,还没有一种适用范围更广泛更稳定的方法。在此,我们提出了一种合成方法，该方法基于一种具有商业应用前景的一种三嵌段共聚物（F126，EO106PO70EO106）为结构导向剂，以苯酚和甲醛的在温和、广泛的变量处理的条件下的混合物为碳的前躯体。通过这种方法已经可以合成以块状, 纤维状,片状和胶片状方式存在的纳米级碳。 为了探讨能够用自组装法合成多孔有序的纳米碳的结构条件，我们考察了制备中等结构的酚醛型树脂的三种单体:苯酚、间苯二酚、间苯三酚。通过自组装
分子之间的相互作用力
分子之间的相互作用力(2007-07-19 21:24:19)转载 分子之间的相互作用力 1、共价键 共价键具有一定的大小和方向，是有机分子之间最强的作用力，化学物质（药物、毒物等）可以与生物大分子（受体蛋白或核酸）构成共价键，共价键除非被体内的特异性酶催化断裂以外，很难恢复原形，是不可逆过程，对酶来讲就是不可逆抑制作用。这种作用常常形成长期的药理作用及毒理效应，如抗癌药、抗寄生虫药、化疗药、抗生素、杀虫剂等。化学物质（药物等）的主要共价结合方式有烷基化作用、酰基化作用和磷酰化作用。 药物的主要共价结合方式 方式作用基团药物示例 烷基化N-氯乙基氮芥药物、环磷酰胺 正碳离子甲磺酸乙酯 氮丙啶基氮丙啶苯醌 双氧乙基T-2毒素 酰基化β-内酰胺基青霉素、头孢菌素 氨甲酰基毒扁豆碱 邻二甲酸酐基斑螯素 磷酰化磷酰基丙氟磷 二异丙基氟磷酸酯 药物的共价基团的选择性 药物的共价基团往往具有较高的化学活性而缺乏特异选择性。有些药物或毒物本身结构并没有反应基团，而是在人体内转化生成活性基团。如自力霉素和致癌物苯并蒽就是先在体内转化，再通过生成正碳离子而发生烷基化作用。药物与生物大分子的化学反应与生物分子表面的基团和性质有关。 2、非共价键 生物体系中分子识别的过程不仅涉及到化学键的形成，而且具有选择性的识别。共价键存在于一个分子或多个分子的原子之间，决定分子的基本结构，是分子识别的一种方式。而非共价键（又称为次级键或分子间力）决定生物大分子和分子复合物的高级结构，在分子识别中起着关键的作用。 1)、静电作用 静电作用是指荷电基团、偶极以及诱导偶极之间的各种静电吸引力。酶、核酸、生物膜、蛋白质等生物大分子的表面都具有可电离的基团和偶极基团存在，很容易与含有极性基团的底物或抑制剂等生成离子键和其它静电作用。 （1).离子键 生物大分子表面的带电基团可以与药物或底物分子的带电基团形成离子键。这种键可以解离。 (2).离子－偶极作用 药物分子和受体分子中O、S、N和C原子的电负性均不相等，这些原子形成的键由于
分子之间的相互作用力
分子之间的相互作用力 1、共价键 共价键具有一定的大小和方向，是有机分子之间最强的作用力，化学物质（药物、毒物等）可以与生物大分子（受体蛋白或核酸）构成共价键，共价键除非被体内的特异性酶催化断裂以外，很难恢复原形，是不可逆过程，对酶来讲就是不可逆抑制作用。这种作用常常形成长期的药理作用及毒理效应，如抗癌药、抗寄生虫药、化疗药、抗生素、杀虫剂等。化学物质（药物等）的主要共价结合方式有烷基化作用、酰基化作用和磷酰化作用。 药物的主要共价结合方式 方式作用基团药物示例 烷基化N-氯乙基氮芥药物、环磷酰胺 正碳离子甲磺酸乙酯 氮丙啶基氮丙啶苯醌 双氧乙基T-2毒素 酰基化β-内酰胺基青霉素、头孢菌素 氨甲酰基毒扁豆碱 邻二甲酸酐基斑螯素 磷酰化磷酰基丙氟磷 二异丙基氟磷酸酯 药物的共价基团的选择性 药物的共价基团往往具有较高的化学活性而缺乏特异选择性。有些药物或毒物本身结构并没有反应基团，而是在人体内转化生成活性基团。如自力霉素和致癌物苯并蒽就是先在体内转化，再通过生成正碳离子而发生烷基化作用。药物与生物大分子的化学反应与生物分子表面的基团和性质有关。 2、非共价键 生物体系中分子识别的过程不仅涉及到化学键的形成，而且具有选择性的识别。共价键存在于一个分子或多个分子的原子之间，决定分子的基本结构，是分子识别的一种方式。而非共价键（又称为次级键或分子间力）决定生物大分子和分子复合物的高级结构，在分子识别中起着关键的作用。
1)、静电作用 静电作用是指荷电基团、偶极以及诱导偶极之间的各种静电吸引力。酶、核酸、生物膜、蛋白质等生物大分子的表面都具有可电离的基团和偶极基团存在，很容易与含有极性基团的底物或抑制剂等生成离子键和其它静电作用。 （1).离子键 生物大分子表面的带电基团可以与药物或底物分子的带电基团形成离子键。这种键可以解离。 (2).离子－偶极作用 药物分子和受体分子中O、S、N和C原子的电负性均不相等，这些原子形成的键由于电负性差值可以产生偶极现象。这种偶极部分与永久电荷可以形成静电作用。离子-偶极相互作用一般比离子键小得多，键能与距离的平方差成反比，由于偶极矩是个向量，电荷与偶极的取向会影响药物-受体的作用强度。如普鲁卡因及其衍生物的局部麻醉作用与酯羰基的偶极性质有关。 (3).偶极-偶极相互作用 两个原子的电负性不同，产生价键电子的极化作用，成为持久的偶极两个偶极间的作用。偶极—偶极相互作用的大小，取决于偶极的大小、它们之间的距离和相互位置。这种相互作用在水溶液中普遍存在。它的作用强度比离子—偶极作用小，但比偶极—诱导偶极作用大。这种作用对药物—受体相互作用的特异性和立体选择性非常重要。 2)、氢键 氢键的形成氢键是由两个负电性原子对氢原子的静电引力所形成，是一种特殊形式的偶极—偶极键。它是质子给予体X-H和质子接受体Y之间的一种特殊类型的相互作用。 氢键的大小和方向氢键的键能比共价键弱，比范德华力强，在生物体系中为8.4～ 33.4kj/mol(2-8kcal/mol)。键长为0.25～0.31nm，比共价键短。氢键的方向用键角表示，是指X—H与H…Y 之间的夹角，一般为180度～250度。 (1).氢键的分类 氢键可分为分子内和分子间氢键。目前人们根据谱学和晶体结构数据按氢键强弱进行分类。 弱氢键uOH(cm-1)>3200, R(O…O)(nm)>0.270 中强氢键uOH(cm-1)>2800-3100, R(O…O)(nm)>0.26-0.270 强氢键uOH(cm-1)>700-2700, R(O…O)(nm)>0.240-0.260 近年来，人们又提出了一种芳香氢键（α—平面氢键），即芳环的电子云作为质子受体与一个氢键的质
氢键
氢键 定义1： 氢原子与电负性的原子X共价结合时，共用的电子对强烈地偏向X的一边，使氢原子带有部分正电荷，能再与另一个电负性高而半径较小的原子Y结合，形成的X—H ┅Y型的键。 定义2： 和负电性原子或原子团共价结合的氢原子与邻近的负电性原子（往往为氧或氮原子）之间形成的一种非共价键。在保持DNA、蛋白质分子结构和磷脂双层的稳定性方面起重要作用。 形成的条件 ⑴与电负性很大的原子A 形成强极性键的氢原子。 ⑵较小半径、较大电负性、含孤对电子[1]、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之间的静电引力。 ⑶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…Y①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。 ⑷对氢键的理解 氢键存在虽然很普遍，对它的研究也在逐步深入，但是人们对氢键的定义至今仍有两种不同的理解。 第一种把X－H…Y整个结构叫氢键，因此氢键的键长就是指X与Y之间的距离，例如F－H…F的键长为255pm。 第二种把H…Y叫做氢键，这样H…F之间的距离163pm才算是氢键的键长。这种差别，我们在选用氢键键长数据时要加以注意。 不过，对氢键键能的理解上是一致的，都是指把X－H…Y－H分解成为HX和HY所需的能量。 （5）氢键的饱和性和方向性 氢键不同于范德华引力，它具有饱和性和方向性。由于氢原子特别小而原子A和B比较大，所以A—H中的氢原子只能和一个B原子结合形成氢键。同时由于负离子之间的相互排斥，另一个电负性大的原子B′就难于再接近氢原子。这就是氢键的饱和性。 氢键具有方向性则是由于电偶极矩A—H与原子B的相互作用，只有当A—H---B在同一条直线上时最强，同时原子B一般含有未共用电子对，在可能范围内氢键的方向和未共用电子对的对称轴一致，这样可使原子B中负电荷分布最多的部分最接近氢原子，这样形成的氢键最稳定。
DNA碱基对之间的氢键相互作用
题目DNA碱基对之间的氢键相互作用 姓名学号 院系化学与化工学院 专业化学 指导教师职称 2013年05 月12 日 大学教务处制 DNA碱基对之间的氢键相互作用 化学专业学生 指导老师 摘要：采用密度泛函理论B3P86、BLYP和B3LYP三种方法对DNA的四种碱基腺嘌呤A、胸腺嘧啶T、鸟嘌呤G和胞嘧啶C的结构进行了计算,由于四个碱基的特殊结构， A和T、C和G容易形成氢键复合物，我们队碱基对复合物的结构进行优化，并在优化结构的基础上计算了频率。结果表明,与氢键相关的键的键长以及频率都发生了较大的变化 关键词： DNA碱基对氢键密度泛函理论 Hydrogen bonding interactions between the DNA base pairs Student majoring in chemistry Yu Chunting Tutor Du Dongmei
Abstract: DNA's four bases adenine A, thymine T, guanine G) and cytosine (C structure was calculated using density functional theory B3P86, with BL YP function and, and B3L YP three methods, Easy to form a hydrogen bond complex due to the special structure of the four bases, A, T, C and G, the base of our team to optimize the structure of the compound, and in the frequency is calculated on the basis of the optimized structure. The results show that associated with the hydrogen bond length and frequency have undergone a greater change. Keywords: DNA base pairs;Hydrogen bonds;Density functional theory 引言对化学家来说，分子间的相互作用问题已不是一个新课题，20世纪初，人们就发现，许多化学及物理化学现象与分子间的弱相互作用有关，其中氢键作为最基本的化学相互作用，是人们最早研究的分子键弱相互作用现象之一，氢键的存在影响着很多物质的性质，如熔沸点、溶解度、密度等，正因如此, 氢键在化学、物理、生物等领域都非常重要, 一直是化学家们感兴趣的热门领域之一，其在分子科学和生物学体系中发挥重要意义，愈来愈受到人们的重视，引起国内外大量学者的关注，氢键的本质是强极性键X上的氢核，与电负性很大、含孤对电子并带有部分负电荷的原子Y之间的静电引力，随着对氢键认识的不断深入，氢键概念已不再局限于具有较大电负性的F、O和N原子与H的相互作用，氨基化合物和醇是制杀虫剂和制药的重要原料，它们之间的相互作用引起了广泛关注，，本文利用应用量子化学理论计算方法包括B3P86、BLYP和B3LYP三种方法在6-31+g(d ,p)基组来计算DNA碱基对A和T、C和G单体及分子间不同构型的氢键及键长键角的变化，以及能量的变化为相关实验研究提供参考价值的结果。 1计算方法 近期的研究表明，使用密度泛函BLYP、B3P86和B3LYP方法和含弥散的基函数能改善氢键复合物性质和结构的计算结果。因此，我们采用三种密度泛函理论方法BLYP、B3P86和B3LYP在B3LYP/6-31++G(d,p)基组水平上对四种DNA碱基及其之间的氢键复合物进行优化，在优化结构的基础上进行频率计算以确保每一种结构都对于势能面上的最低点。体系的结合能可以定义为: BDE= E(AB)-E(A)-E(B) 这里E(A)、E(B)、E(AB)分别指最优构型时A、B、复合物AB的能量。所有的计算都在Gaussian03程序上进行。 2 结果与讨论 2.1单体结构 运用BLYP、B3P86、B3LYP方法在6-31++G(D,P)水平上对四种DNA碱基（腺嘌呤A，胸腺嘧啶T，鸟嘌呤G和胞嘧啶C）的结构进行了优化，分子单体基态时的最优化几何结构参数列于表1，结构列于图1。 由表1可以看出,用B3P86、BLYP和B3LYP三种方法计算得到的碱基A、T、C、G的键长和键角大致相等，而由前两种方法计算得出的数值比第三种更加接近。而且在前两种方法中，由B3P86计算得到的键长比较短，但是键角却比BLYP大。 2.2 复合物结构 运用BLYP、B3P86、B3LYP方法在6-31++G(D,P)水平上对腺嘌呤A与胸腺嘧啶T和鸟嘌呤G与胞嘧啶C所形成的复合物AT和GC进行了优化，得出的复合物构型列于图2
详述氢键形成原理
详述氢键形成原理，并讨论其在构成生物大分子立体结构中的作用。 答：（1）氢键的形成原理：与电负性大、半径小的原子X（氟、氧、氮等）以共价键结合，若与电负性大的原子Y（与X相同的也可以）接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-H…Y形式的键，即为氢键。（X与Y可以是同一种类原子，如水分子之间的氢键） （2）氢键用X-H…Y来表示。其中X以离子键与氢相连，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，即X为氢供体。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，即Y为氢受体。 （3）氢键在蛋白质二级结构中的作用：在α-螺旋中，一个残基上的羧基氧与旋转一圈后的（该残基后面）第四个残基上的α-氨基中的氮形成氢键，这些在肽链骨架内原子间形成的氢键大致平行于该螺旋的轴，氨基酸侧链伸向骨架外，不参与螺旋内的氢键形成。在α-螺旋中，单独的氢键是很弱的，但是这些键的合力稳定了该螺旋结构。尤其是在一个蛋白质的疏水内部，这里水不与氢竞争成键。 氢键在DNA结构中的作用：在双链DNA中糖-磷酸骨架不形成氢键，相反在相对的两条链中互补的碱基之间形成2个或3个氢键，氢键大致垂直于螺旋轴。在DNA中形成氢键的主要作用是使每一条链能作为另一条链的模板，尽管互补碱基之间的氢键帮助稳定螺旋结构，但在疏水内部碱基对之间的堆积对螺旋结构的稳定性的供献更大。 氢键在RNA结构中的作用：RNA分子在自然条件下盘绕、卷曲、借助碱基间的氢键相互连接形成碱基对所形成部分碱基配对（茎）和单链交替出现形成茎状结构。 氢键在核酸中的作用：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。 姓名：胡丽 班级：制药1001 学号：0121020400122