Vodíková vazba

Dosud popsané interakce nejsou omezeny na molekuly určitého složení. Existuje však jedna důležitá mezimolekulární interakce specifická pro molekuly obsahující atom kyslíku, dusíku nebo fluoru, který je připojen k atomu vodíku. Touto interakcí je vodíková vazba, interakce ve tvaru A-H—B, kde A a B jsou atomy některého ze tří výše uvedených prvků a atom vodíku leží na přímce mezi jádry A a B. Vodíková vazba je asi desetkrát silnější než ostatní výše popsané interakce, a pokud je přítomna, dominuje všem ostatním typům mezimolekulární interakce. Je například zodpovědná za existenci vody jako kapaliny při běžných teplotách; vzhledem k její nízké molární hmotnosti by se očekávalo, že voda bude plyn. Vodíková vazba je také zodpovědná za existenci mnoha organických molekul obsahujících hydroxylové skupiny (-OH) jako pevné látky; příkladem jsou cukry glukóza a sacharóza.

Bylo navrženo mnoho výkladů vodíkové vazby. Jedním z nich, který zapadá do obecného schématu tohoto článku, je uvažovat o jednotce A-H jako o jednotce složené z atomového orbitalu A a vodíkového orbitalu 1s a uvažovat o osamělém páru elektronů na B jako o jednotce obsazující orbital B. Když jsou tyto tři atomy zarovnány, mohou tyto tři orbitaly vytvořit tři molekulové orbitaly: jeden vazebný, jeden převážně nevazebný a jeden antivazebný. K dispozici jsou čtyři elektrony k umístění (dva z původní vazby A-H a dva z osamělého páru). Obsadí vazebné a nevazebné orbitaly a antivazební orbital zůstane volný. Čistým efektem je tedy snížení energie seskupení AHB, a tím vytvoření mezimolekulární vazby. Při setkání s vodíkovou vazbou se opět setkáváme se zvratem v konvenčním postoji; otázka, kterou tento výklad vyvolává, není, proč se taková vazba vyskytuje, ale proč se nevyskytuje obecněji. Vysvětlení spočívá v malé velikosti atomu vodíku, která umožňuje, aby rovnováha energií v molekulovém orbitálním schématu byla pro vazbu příznivá.

Vazba vodíku vzniká i s jinými atomy než s dusíkem, kyslíkem a fluorem, pokud nesou záporný náboj, a jsou tedy bohaté na snadno dostupné elektrony. Vodíková vazba je tedy jedním z hlavních mechanismů hydratace aniontů ve vodném roztoku (vazba molekul H2O na rozpuštěnou látku), a proto přispívá ke schopnosti vody působit jako dobré rozpouštědlo pro iontové sloučeniny. Přispívá také k hydrataci organických sloučenin obsahujících atomy kyslíku nebo dusíku, a vysvětluje tak mnohem větší rozpustnost alkoholů ve vodě než uhlovodíků.

Vodíkové vazby mají velký význam při určování struktury biologicky významných sloučenin, zejména bílkovin a deoxyribonukleové kyseliny (DNA). Důležitým rysem struktury proteinů (což jsou polypeptidy neboli polymery tvořené aminokyselinami) je existence peptidové vazby, skupiny -CO-NH-, která se objevuje mezi každou dvojicí sousedních aminokyselin. Tato vazba poskytuje skupinu NH, která může vytvořit vodíkovou vazbu s vhodným akceptorovým atomem a atomem kyslíku, který může fungovat jako vhodný receptor. Peptidová vazba tedy poskytuje dvě základní složky vodíkové vazby. Klíčování takových peptidových skupin vodíkovou vazbou typu znázorněného na obrázku 17 podrobně zkoumali Pauling a Robert Corey, kteří pro jeho realizaci formulovali soubor pravidel, Paulingova-Coreyova pravidla. Z těchto pravidel vyplývá, že pro polypeptid existují dva typy struktury, a to buď šroubovice (šroubovice α), nebo složený list (složený list β). Všechny polypeptidy mají jednu nebo druhou strukturu a často se u nich střídají oblasti každé z nich. Vzhledem k tomu, že vlastnosti a chování molekuly enzymu (určité třídy polypeptidů) jsou určeny jejím tvarem a zejména tvarem oblasti, na kterou se musí připojit molekula, na kterou působí, vyplývá z toho, že vodíkové vazby mají pro životní funkce ústřední význam.

vodíková vazba
vodíková vazba

Obrázek 17: Spojení atomů ve dvou peptidových vazbách pomocí vodíkových vazeb, které mohou vytvořit. Články mohou být součástí téhož polypeptidového řetězce, který se zdvojil, nebo mohou patřit k různým řetězcům.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Vodíkové vazby jsou také zodpovědné za přenos genetické informace z jedné generace na druhou, neboť jsou zodpovědné za specifické klíčování cytosinu s guaninem a thyminu s adeninovými částmi, které charakterizuje strukturu dvojité šroubovice DNA.

Leave a Reply

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.