( rρ r theo bi ể u th ứ c: ( ) N ( )
2.1.1.Tầm quan trọng liên kết hiđro [50, 69, 187, 200]
Từ rất sớm những nhà hóa học đã tập trung vào việc nghiên cứu nguyên tử và những liên kết nguyên tử-nguyên tử. Mô hình này rất thành công trong việc tạo ra những phân tử mới với cấu trúc, thuộc tính vật lý và hóa học mới. Tuy nhiên, cách đây vài chục năm, tương tác giữa những phân tử (còn gọi tương tác không cộng hóa trị) lại trở thành vấn đề chính, đặc biệt tương tác mang lại những tập hợp phân tử phức tạp có những thuộc tính vĩ mô độc đáo và lý thú. Từ đó đã sinh ra khoa học hóa học liên ngành như hóa học siêu phân tử và thiết kế tinh thể [27, 49, 168, 200]. Các loại tương tác không cộng hóa trị gồm: tương tác ion-ion, tương tác ion-lưỡng cực, tương tác lưỡng cực-lưỡng cực, tương tác van der Waals, tương tác vỏ đóng, tương tác cation-π, tương tác anion-π, tương tác “chụm” π-π, liên kết hiđro, liên kết đihiđro [22, 23, 29, 38, 63, 72, 81, 141, 142, 145, 157, 199, 219, 226]. Tầm quan trọng của tương tác không cộng hóa trị thể hiện trong việc hiểu cấu trúc hữu cơ, vô cơ, phân tử sinh học, tập hợp siêu phân tử, quá trình kết tinh, độ chọn lọc phản ứng và tương tác trong các phân tử thuốc [168, 200]. Dựa vào những lực tương tác này, không chỉ thiết kế về mặt hóa học mà còn thực hiện được về mặt thí nghiệm những vật liệu kích cỡ nano có hoạt tính mới, hiểu tường tận hơn sự hình thành “đám” trong phân tử. Trong số các tương tác không cộng hóa trị thì liên kết hiđro là tương tác tiêu biểu nhất cả trong hóa học và sinh học [95, 96]. Cụ thể, khoảng cách liên kết hiđro ngắn nhất và thuộc loại bền nhất trong các loại tương tác hút giữa hai phân tử tham gia tương tác. Liên kết hiđro có ảnh hưởng lớn nhất trong số những lực hút giữ những phân tử với nhau bởi vì sự định hướng trước và năng lượng liên kết tương đối thấp của nó. Liên kết hiđro được tìm thấy trong pha rắn, pha lỏng, pha khí và thường điều khiển trạng thái tập hợp của hợp chất hóa học. Vì thế, liên kết này cực kỳ quan trọng trong tổng hợp siêu phân tử không cộng hóa trị và thiết kế tinh thể [200]. Vai trò của liên kết hiđro còn được thừa nhận trong việc điều chỉnh độ
hoạt động của những nhóm nguyên tử, làm bền hóa cấu tạo của những phân tử vĩ mô sinh học phức tạp, gia tăng độ bền của chất nền với những phân tử sinh học khác và đóng vai trò quan trọng trong những phản ứng chuyển proton (tương tác định hướng). Tương tác hiđro khá quan trọng đối với cấu trúc và chức năng của phân tử sinh học. Ngành sinh học cấu trúc được mở ra nhờ vào việc phát hiện liên kết hiđro trong những cấu trúc xoắn ốc α, bảng β của protein và những cặp ADN, ARN. Liên kết hiđro là nguyên nhân chính cho quá trình gắn kết giữa ADN và phối tử, là nhân tố quan trọng trong việc làm bền chuỗi xoắn đôi ADN và nghiên cứu quá trình này sẽ giúp ích cho việc thiết kế những phân tử thuốc mới. Tóm lại, liên kết hiđro xác định cấu trúc phân tử nhỏ, những đại phân tử sinh học, thuộc tính của chất lỏng, định hướng hình thành tinh thể phân tử, có vai trò quan trọng trong ADN, ARN, protein [17, 96, 201]. Những tinh thể liên kết hiđro yếu và linh động về mặt năng lượng nên dễ hình thành và bị cắt đứt, đây là thuận lợi chính của tinh thể liên kết hiđro. Do vậy, nó được coi như có chức năng “kép” trong sinh học.