Liên kết hyđro xuất hiện giữa hai nguyên tử có tính âm điện lớn nh oxy,
nitơ, flo... trong đó ít nhất một nguyên tử phải có cặp electron cha sử dụng, nguyên tử hyđro đóng vai trò cầu nối giữa hai nguyên tử đó.
X – H ... Y
Liên kết hyđro là loại liên kết yếu, khi liên kết ion và liên kết cộng hoá trị có năng lợng vài chục Kcal / mol thì liên kết hyđrô chỉ khoảng 5 Kcal/mol vì vậy liên kết hyđro vừa dễ đứt vừa dễ hình thành.
ở một nhiệt độ nhất định tổng số liên kết hyđro trong một đơn vị thể tích là một đại lợng không đổi.
Ví dụ: Liên kết hyđro giữa các phân tử rợu
R R R
O – H O – H O – H
Liên kết hyđro giữa các phân tử axit cacboxylic 1,667 1,518 1,725 1,555 1,60 0,104 0,404 0,40 0,34 0,98 0,92 0,91 1,67 0,43 1,66 1,64 1,29N O 0,36 0,52 1,06 1,08 1,61 1,76 1,65 1,70
O H – O
R – C C – R O – H O O – H O
Ví dụ: Liên kết hyđro nội phân tử
O – H OH F – C F – C
O O – H o- flo phenol axit salixylic
Bảng 2.1 Năng lợng của một số liên kết hyđro.
Loại liên kết E KCal/mol Loại liên kết E KCal/mol
O – H ... N O – H ... O C – H ... O F – H ... F 7,0 6,0 2,6 7,0 N – H ... O N – H ... N N – H ... F 2,3 2-4 5,0
Trong thời gian dài ngời ta cho rằng liên kết hyđrô có bản chất cộng hoá trị, nh vậy trái với thuyết cấu tạo nguyên tử và không phù hợp với các dữ kiện thực nghiệm. Ngày nay ngời ta giải thích rằng liên kết hyđrô có bản chất tĩnh điện tức là chủ yếu đợc tạo ra do có tơng tác tĩnh điện. Để có liên kết hyđrô phải thoả mãn các điều kiện sau: X – H ... Y
X phải là nguyên tử có độ âm điện lớn làm cho đôi electron dùng chung lệch hẳn về phía X.
Y phải là nguyên tử của nguyên tố còn đôi electron tự do.
Nói cách khác H – X là một axít yếu, Y là bazơ yếu (vì nếu không nh thế sẽ tạo ra liên kết phối trí). Ngoài ra nhóm X phải có kích thớc nhỏ.
Trong trờng hợp để có liên kết hyđrô nội phân tử, ngoài các điều kiện trên còn phải có yếu tố không gian thuận lợi. Phân tử phải có cấu hình thuận lợi cho việc tạo liên kết hyđrô và để hình thành vòng 5 hoặc 6 cạnh với hiệu ứng năng l- ợng cao nhất.
Ví dụ:
CH3 – CH – C – CH3 CH3 | ||
O O H
Những chất có liên kết hyđro nội phân tử yếu nh o- clophenol khi hoà tan vào dung môi có khả năng dễ nhờng electron nh axeton, dioxan thì liên kết hyđro cũ bị đứt và hình thành liên kết hyđrô mới với dung môi.
Cl CH3 – Cl CH3COCH3 – O – H ……. O = C
OH CH3