Brintbindingen

Den hidtil beskrevne vekselvirkning er ikke begrænset til molekyler af en bestemt sammensætning. Der er dog en vigtig intermolekylær vekselvirkning, som er specifik for molekyler, der indeholder et oxygen-, nitrogen- eller fluoratom, som er bundet til et hydrogenatom. Denne vekselvirkning er hydrogenbindingen, en vekselvirkning af formen A-H—B, hvor A og B er atomer af et af de tre ovennævnte grundstoffer, og hydrogenatomet ligger på en lige linje mellem atomkernerne i A og B. En hydrogenbinding er ca. 10 gange så stærk som de andre vekselvirkninger beskrevet ovenfor, og når den er til stede, dominerer den alle andre typer af intermolekylær vekselvirkning. Den er f.eks. ansvarlig for, at vand eksisterer som en væske ved normale temperaturer; på grund af dets lave molarmasse ville man forvente, at vand ville være en gas. Brintbindingen er også ansvarlig for, at mange organiske molekyler, der indeholder hydroxylgrupper (-OH), eksisterer som faste stoffer; sukkerstofferne glukose og saccharose er eksempler herpå.

Der er blevet foreslået mange fortolkninger af brintbindingen. En, der passer ind i det generelle skema i denne artikel, er at tænke på A-H-enheden som værende sammensat af en A atomorbital og en hydrogen 1s orbital og at betragte et ensomt elektronpar på B som besættende en B orbital. Når de tre atomer er justeret, kan disse tre orbitaler danne tre molekylære orbitaler: et bindingsorbital, et stort set ikke-bindingsorbital og et antibindingsorbital. Der er fire elektroner at rumme (to fra den oprindelige A-H-binding og to fra det ensomme par). De besætter de bindende og ikke-bundende orbitaler og efterlader den antibindende orbital ledig. Nettoeffekten er derfor, at AHB-grupperingens energi sænkes, og at der således dannes en intermolekylær binding. Når man igen støder på hydrogenbindingen, støder man på en fordrejning af den konventionelle holdning; det spørgsmål, som denne fortolkning rejser, er ikke, hvorfor en sådan binding forekommer, men hvorfor den ikke forekommer mere generelt. Forklaringen ligger i hydrogenatomets lille størrelse, som gør det muligt for energibalancen i det molekylære orbitalskema at være gunstig for bindingen.

Ved andre atomer end nitrogen, oxygen og fluor opstår hydrogenbindinger, hvis de bærer en negativ ladning og dermed er rige på let tilgængelige elektroner. Således er hydrogenbinding en af de vigtigste mekanismer for hydrering af anioner i vandig opløsning (binding af H2O-molekyler til den opløste art) og bidrager dermed til vands evne til at fungere som et godt opløsningsmiddel for ionforbindelser. Den bidrager også til hydrering af organiske forbindelser, der indeholder ilt- eller nitrogenatomer, og forklarer således den meget større vandopløselighed for alkoholer end for kulbrinter.

Hydrogenbindinger er af stor betydning for bestemmelsen af strukturen af biologisk betydningsfulde forbindelser, især proteiner og desoxyribonukleinsyre (DNA). Et vigtigt træk ved strukturen af proteiner (som er polypeptider eller polymerer dannet af aminosyrer) er eksistensen af peptidbindingen, gruppen -CO-NH-, som forekommer mellem hvert par af tilstødende aminosyrer. Denne forbindelse giver en NH-gruppe, der kan danne en hydrogenbinding til et passende acceptatoratom og et oxygenatom, der kan fungere som en passende receptor. En peptidforbindelse indeholder derfor de to væsentlige bestanddele af en hydrogenbinding. Sammenkoblingen af sådanne peptidgrupper ved hjælp af hydrogenbinding af den type, der er vist i figur 17, blev undersøgt i detaljer af Pauling og Robert Corey, som formulerede et sæt regler, Pauling-Corey-reglerne, for gennemførelsen heraf. Konsekvensen af disse regler er, at der findes to typer struktur for et polypeptid, nemlig enten en spiralform (α-helix) eller en plisseret bladform (β-plisseret blad). Alle polypeptider har den ene eller den anden struktur og har ofte vekslende områder af hver af dem. Da et enzymmolekyls egenskaber og adfærd (en særlig klasse af polypeptider) bestemmes af dets form og især af formen af det område, hvor det molekyle, det virker på, skal knyttes til, følger det heraf, at hydrogenbindinger er af central betydning for livets funktioner.

hydrogenbinding
hydrogenbinding

Figur 17: Sammenbinding af atomer i to peptidforbindelser ved hjælp af de hydrogenbindinger, de kan danne. Leddene kan være en del af den samme polypeptidkæde, der har fordoblet sig selv, eller de kan tilhøre forskellige kæder.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Hydrogenbindinger er også ansvarlige for overførslen af genetisk information fra en generation til en anden, for de er ansvarlige for den specifikke sammenkobling af cytosin med guanin og thymin med adenin-delen, der karakteriserer strukturen af DNA-dobbeltspiralen.

Leave a Reply

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.