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