• Dựa vào năng lượng liên kết:
Năng lượng bền hóa của liên kết hiđro cổ điển phụ thuộc vào độ phân cực của liên kết A-H trong phần tử cho proton và độ bazơ của phần tử nhận proton B, ngoài ra còn phụ thuộc vào độ phân cực của môi trường, nhiệt độ, áp suất. Về mặt lý thuyết, liên kết hiđro không là một tương tác đơn giản. Năng lượng bền hóa được đóng góp từ tương tác tĩnh điện (axit/bazơ), ảnh hưởng phân cực (cứng/mềm), tương tác van der Waals (phân tán/đẩy: tương quan ē giữa hai phân tử) và cộng hóa trị (chuyển điện tích).
Theo Hibbert và Emsley, liên kết hiđro được gọi là yếu khi năng lượng liên kết trong khoảng 10-50 kJ.mol-1, mạnh khi nó trong khoảng 50-100 kJ.mol-1 và rất mạnh khi năng lượng lớn hơn 100 kJ.mol-1.Sự phân loại theo Hibbert và Emsley chưa hợp lý. Sau đó, Desiraju và cộng sự đã đề nghị sự phân loại liên kết hiđro như sau: độ bền của liên kết hiđro mạnh có năng lượng liên kết trong khoảng 62-165 kJ.mol-1; đối với liên kết hiđro yếu và trung bình, năng lượng liên kết trong khoảng 4-16 kJ.mol-1 và 16-62 kJ.mol-1
tương ứng. Alkorta và cộng sự cũng phân loại độ bền liên kết hiđro, và cho rằng năng lượng liên kết thấp hơn 21 kJ.mol-1 được coi là yếu, khoảng 21-42 kJ.mol-1 là trung bình và lớn hơn 42 kJ.mol-1 được coi là mạnh và rất mạnh. Sự phân loại này có lẽ hợp lý hơn trong ba sự phân loại trên.
• Dựa vào hình học liên kết:
Xét về mặt hình học, liên kết hiđro cổ điển được phân thành 2 loại: không chia nhánh và chia nhánh. Độ bền liên kết hiđro phụ thuộc vào độ dài liên kết và góc liên kết hiđro, vì thế nó có tính định hướng. Tuy nhiên, sự lệch nhỏ khỏi tuyến tính (nhỏ hơn 20o) ít ảnh hưởng độ bền liên kết hiđro. Ngược lại, độ bền của liên kết hiđro phụ thuộc mạnh mẽ vào độ dài liên kết hiđro (tỉ lệ nghịch). Ngoài ra, liên kết hiđro còn có thể được phân thành 2 loại: liên kết
hiđro nội phân tử (trong cùng một phân tử) và liên kết hiđro ngoại phân tử (giữa 2 hay nhiều phân tử với nhau).
• Dựa vào bản chất liên kết hiđro
Nếu dựa vào những thuộc tính đặc trưng của liên kết hiđro, ta có thể chia liên kết hiđro thành hai loại: liên kết hiđro cổ điển hoặc chuyển dời đỏ và liên kết hiđro không cổ điển hoặc chuyển dời xanh.
2.1.3. Liên kết hiđro chuyển dời xanh (Blue-Shifting Hydrogen Bond)
Như định nghĩa trên thì sự hình thành liên kết hiđro A-H∙∙∙B đồng hành với việc kéo dài liên kết A-H, làm giảm tần số dao động hóa trị và tăng cường độ hồng ngoại tương ứng khi phức hình thành so với monome. Đặc trưng này gọi là sự chuyển dời đỏ của tần số dao động hóa trị và là đặc trưng quan trọng nhất của tương tác hiđro cổ điển. Khi hình thành phức, mật độ ē được chuyển từ phần tử nhận proton đến obitan σ*(A-H) của phần tử cho proton, kết quả làm cho liên kết A-H trở nên yếu đi, kéo dài và tần số dao động hóa trị giảm. Tuy nhiên, có nhiều trường hợp được phát hiện, ở đó liên kết A-H bị rút ngắn lại, tần số dao động hóa trị của nó lớn hơn so với trong monome tương ứng khi liên kết hiđro hình thành. Kiểu liên kết hiđro này được gọi là liên kết hiđro chuyển dời xanh. Một trong những bằng chứng thí nghiệm đầu tiên về liên kết hiđro chuyển xanh được phát hiện trong dung dịch bởi Sandorfy và cộng sự vào năm 1980 [41]. Các tác giả này phát hiện thấy có sự chuyển đến tần số cao hơn của liên kết C-H trong các phức giữa floparafin (-CHF2) và các phần tử nhận proton khác. Năm 1989, kết quả thực nghiệm còn cho thấy có sự hình thành liên kết hiđro chuyển dời xanh trong sự hình thành phức giữa CHCl3 với trifomylmetan (CH(OCH3)3). Vào năm 1997, Boldeshul đã thông báo về sự chuyển dời xanh của những phức haloform với những phần tử nhận proton khác nhau. Mãi cho đến 1999 bằng chứng thực nghiệm mới phát hiện trong pha khí khi nghiên cứu các phức giữa CHF3, CHCl3 và C6H5F bằng cách
đo phổ hồng ngoại, đồng thời tìm thấy có sự phù hợp tốt giữa tính toán và thực nghiệm. Bắt đầu từ đây, nhiều nghiên cứu lý thuyết về liên kết hiđro chuyển dời xanh bằng phương pháp hóa học lượng tử đã được thực hiện và rất nhiều công trình khoa học liên quan đã được công bố. Ban đầu người ta gọi kiểu liên kết này là “phản liên kết hiđro (anti-hydrogen bond)” và sau này được thay thế bởi tên gọi khác là liên kết hiđro chuyển dời về vùng xanh (blue-shifting hydrogen bond), gọi tắt là liên kết hiđro chuyển dời xanh. Cho đến nay có khá nhiều nghiên cứu về thực nghiệm và lý thuyết cho loại liên kết này. Tuy nhiên, chưa có một mô hình nào hợp lý nhất và tổng quát nhất cho việc giải thích bản chất của liên kết hiđro một cách chặt chẽ và đúng nhất. Vì vậy cần có nhiều nghiên cứu hơn nữa, khảo sát trên quy mô rộng lớn và tập trung thì mới có thể tìm ra bản chất thật sự và tổng quát nhất về loại liên kết hiđro mới này.
2.1.4. Phương pháp nghiên cứu liên kết hiđro