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수소 결합은 산소, 질소, 황 또는 일부 할로겐에 수소가 결합된 극성 분자와 자유 전자쌍 또는 전자쌍이 없는 동일한 원자를 가진 다른 분자와 결합하는 일종의 매우 강렬한 분자간 상호작용입니다. . 수소 결합은 3개의 중심이 두 개의 높은 전기음성도 원자와 수소 원자가 둘 사이의 가교 역할을 하는 3개의 중심 공유 결합으로 설명될 수 있으며, 이것이 이러한 유형의 결합을 수소 결합 상호 작용이라고 부르던 이유입니다. .
쌍극자-쌍극자 인력 및 런던 분산력을 포함한 모든 분자간 힘 중에서 수소 결합이 가장 강하며 물이나 에탄올과 같은 저분자량 화합물의 높은 끓는점을 담당합니다. 그들은 또한 일부 알코올 및 글리세린과 같은 폴리올을 포함하여 알려진 대부분의 수용성 물질의 용해도에 대한 책임이 있습니다.
수소 결합은 어떻게 형성됩니까?
수소 결합은 동일하거나 동일하지 않을 수 있지만 수소 결합 형성에서 두 가지 다른 역할을 하는 두 개의 작용기 사이에 형성됩니다 .
수소 결합 기증자 그룹
한편으로 수소 결합이 형성되려면 분자에 수소 공여 그룹이 있어야 합니다. 이것은 일반적으로 산소, 질소, 할로겐 또는 황 원자와 같은 전기 음성 원자에 공유 결합된 적어도 하나의 수소 원자를 포함하는 그룹으로 구성됩니다. 이 그룹은 수소 결합의 일부인 수소 원자에 기여하는 그룹이며, 이것이 이들이 도너 그룹이라고 불리는 이유입니다.
수소 결합 수용 그룹
억셉터 그룹은 상기 언급된 것 중 적어도 하나의 전기 음성 원자를 포함하는 관능기로서, 적어도 한 쌍의 자유 전자 또는 비공유 전자를 갖는다. 이 전자쌍은 이 원자가 수소 공여체 그룹의 분극화된 수소에 결합하는 데 사용하는 전자쌍입니다.
한 분자의 수신 그룹은 다른 분자의 동일한 수신 그룹일 수 있습니다. 예를 들어, 하이드록실 그룹(-OH)을 가진 분자는 다음 이미지와 같이 하나의 수소 결합에서 해당 그룹을 기증자로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 두 개의 수소 결합의 수용자로 사용할 수 있습니다.
한편, 전기 음성도가 높은 원자를 가진 극성 그룹을 가진 분자도 수소 결합의 수용체 역할을 할 수 있지만 공여체 역할을 할 수 없기 때문에 이러한 화합물은 다른 유사한 분자와 분자간 수소 결합을 형성할 수는 있지만 형성할 수는 없습니다. 공여체 그룹을 가진 다른 분자와의 수소 결합.
다음 이미지는 수소 결합을 형성할 수 있는 다양한 그룹을 가진 분자의 예를 보여줍니다. 일부는 기증자, 다른 일부는 수용자, 다른 일부는 둘 다입니다.
수소 결합 분자의 예
물
물은 많은 수소 결합을 형성할 수 있는 작은 분자입니다. 그것은 두 개의 O-H 결합을 가지고 있으므로 각 물 분자는 기증자로서 두 개의 수소 결합을 형성할 수 있습니다. 또한 산소 원자는 2개의 비공유 전자쌍을 가지고 있기 때문에 억셉터로서 2개의 수소 결합을 형성할 수도 있으므로 각 물 분자는 총 4개의 수소 결합을 형성할 수 있습니다.
불화수소
플루오르화수소 또는 HF는 고도로 극성화된 F-H 결합을 가지고 있습니다(실제로 존재하는 가장 극성이 강한 수소 결합입니다). 이 외에도 불소 원자는 3개의 추가 비공유 전자쌍을 가지고 있으므로 수소 원자에 대한 억셉터로서 3개의 수소 결합을 형성할 수 있습니다. 이 때문에 HF는 총 4개의 수소결합을 형성할 수 있다. 그러나 각 HF 분자는 기증자로서 하나의 결합만 형성할 수 있기 때문에 HF 분자 샘플은 각각 평균 2개의 수소 결합만 형성할 수 있습니다.
에탄올
에탄올 또는 에틸 알코올은 물과 관련된 유기 화합물입니다. 그것은 존재하는 두 번째로 단순한 알코올이며 그 구조에 하이드록실 그룹이 있어 하나의 수소를 주고 두 개를 받아 총 3개의 동시 수소 결합을 형성할 수 있습니다. 이 능력은 각 에탄올 분자가 이 용매와 다중 수소 결합을 형성할 수 있기 때문에 에탄올을 물과 혼화성(모든 비율로 용해)으로 만듭니다.
메틸아민
메틸아민은 가장 단순한 1차 아민입니다. 아미노기를 갖는 화학식 CH3NH2 를 갖는 유기 화합물 이다 .
이 그룹에는 두 개의 N-H 결합이 있고 질소도 한 쌍의 짝을 이루지 않은 전자를 가지고 있으므로 이 화합물은 세 개의 동시 수소 결합을 형성할 수 있습니다. 두 개는 수소 원자의 공여체이고 다른 하나는 수용체입니다.
암모니아
암모니아는 아민에, 물은 알코올에 해당합니다. 이것은 3개의 N-H 결합을 갖는 화학식 NH3를 갖는 무기 화합물 이며, 질소는 단지 1개의 비공유 전자쌍을 갖는다.
결과적으로 그리고 HF의 경우와 마찬가지로 암모니아는 총 4개의 동시 수소결합을 형성할 수 있지만, 암모니아 분자 사이에는 평균적으로 2개의 수소결합만 형성될 수 있는데 하나는 주게로 하나는 억셉터로 할 수 없기 때문이다. 모든 기증자 그룹에 대해 충분한 수용자 그룹이어야 합니다.
물과 함께 메탄올
에탄올과 같은 이유로 메탄올은 다른 메탄올 분자와 수소 결합을 형성할 수 있지만 물 분자와 최대 3개의 수소 결합을 형성할 수도 있습니다.
이렇게 하면 메탄올도 물과 섞일 수 있으며 메탄올-물 용액은 어떤 비율로도 준비할 수 있습니다.
에탄올과 아세톤
아세톤 은 카르보닐기(C=O)에 연결된 두 개의 메틸기를 갖는 화학식 C 3 H 6 O를 갖는 유기 화합물입니다. O–H, N–H, S–H 또는 X–H 결합(X는 할로겐을 나타냄)이 없기 때문에 아세톤 분자는 수소 결합 공여체로 작용할 수 없습니다. 이러한 이유로 아세톤은 분자간 수소 결합을 형성할 수 없습니다.
그러나 카르보닐기의 산소 원자에는 두 개의 비공유 전자쌍이 있으므로 아세톤은 두 개의 수소 결합을 받을 수 있습니다. 이것은 아세톤이 물 분자나 에탄올 분자와 같은 도너 그룹을 가진 분자와 수소 결합을 형성할 수 있음을 의미합니다. 이러한 이유로 아세톤은 에탄올에 용해되며 그 반대도 마찬가지입니다.
암모니아와 피리딘
피리딘은 공유되지 않은 전자 쌍을 보유하고 화합물의 방향족성에 영향을 미치지 않는 고리의 일부를 형성하는 질소를 갖는 헤테로사이클릭 방향족 화합물의 예입니다. 이것은 O, N, S 또는 X에 수소가 연결된 그룹이 없기 때문에 수소 결합에서 기증자 분자로 작용할 수 없지만 질소는 수용체로 작용할 수 있다는 점에서 앞선 것과 유사한 경우입니다. 이러한 이유로 피리딘은 암모니아와 같은 다른 공여 분자와 수소 결합을 형성할 수 있습니다.
퓨린 및 피리미딘
생명은 주로 수백만 개의 수소 결합 형성 덕분에 물에서 발전하고 번성합니다. 단백질의 2차, 3차 및 4차 구조의 대부분은 수소 결합에 기인하며 유전 물질의 구조도 마찬가지입니다. DNA와 RNA는 모두 이러한 핵산의 질소 함유 염기를 구성하는 퓨린과 피리미딘 사이에 형성되는 수소 결합 덕분에 상보적 서열의 사슬을 형성할 수 있습니다.
예를 들어, 뉴클레오사이드 아데노신의 질소 염기를 형성하는 아데닌은 퓨린인 티미딘에서 티민과 2개의 수소 결합을 형성합니다.
한편, 또 다른 퓨린인 구아닌을 포함하는 뉴클레오시드인 구아노신은 시티딘의 일부인 시토신과 3개의 수소 결합을 형성합니다.
참조
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