化學(xué)競(jìng)賽考查熱點(diǎn)-氫鍵

穆玉鵬

(山東省博興縣第一中學(xué) 256500)

縱觀近年各級(jí)化學(xué)競(jìng)賽試題，氫鍵已成為考查的一個(gè)熱點(diǎn)，但從各省閱卷情況看，學(xué)生答題五花八門，反映出參賽選手沒有很好掌握氫鍵本質(zhì)，缺乏知識(shí)的應(yīng)用和遷移能力.現(xiàn)就氫鍵的有關(guān)知識(shí)和考查層面進(jìn)行分析、總結(jié)，供參考.

一、常規(guī)氫鍵

在一個(gè)典型的X-H…Y氫鍵體系中，X-Hδ 鍵的電子云強(qiáng)烈地偏向電負(fù)性大、原子半徑小的X原子，導(dǎo)致氫原子核外露，成為一個(gè)“裸露”的質(zhì)子，它強(qiáng)烈地被另一個(gè)電負(fù)性大、原子半徑小的Y原子所吸引.X、Y通常是F、O、N等原子，X也可以是含雙鍵或叁鍵的碳原子.

1.分子間氫鍵

例如：

例1 咖啡因?qū)χ袠猩窠?jīng)有興奮作用，其結(jié)構(gòu)如圖1所示.常溫下，咖啡因在水中的溶解度為2g，加適量水楊酸鈉〔C6H4(OH)COONa〕,由于形成氫鍵而增大咖啡因的溶解度.請(qǐng)?jiān)趫D1上添加水楊酸與咖啡因形成的氫鍵.

解析本題顯然是水楊酸鈉中的羥基與咖啡因分子形成氫鍵,考慮到甲基的空間位阻,水楊酸鈉中羥基與咖啡因分子中沒有連甲基的N形成的氫鍵更穩(wěn)定,氮比氧更易形成氫鍵,所以形成如圖2所示的氫鍵.

2.分子內(nèi)氫鍵

例如：在苯酚的鄰位上有 -CHO、-COOH、-NO2等基團(tuán)時(shí)可形成氫鍵的螯合環(huán).

鄰硝基苯酚因形成分子內(nèi)氫鍵而成螯環(huán)分子，因此比間位、對(duì)位硝基苯酚更不易溶于水，沸點(diǎn)也相對(duì)較低，其飽和蒸氣壓比間位、對(duì)位要大，有機(jī)實(shí)驗(yàn)中可用水蒸氣蒸餾法將鄰硝基苯酚從它們的混合物中分離出來.

二、非常規(guī)氫鍵

在常規(guī)氫鍵X-H…Y中，Y是一個(gè)電負(fù)性大、原子半徑小、有孤對(duì)電子的原子，若Y是π鍵或離域π鍵體系，那就是一種非常規(guī)氫鍵.由苯基等芳香環(huán)的離域π鍵形成的X-H…π氫鍵，又稱為芳香氫鍵(aromatichydrogenbonds),多肽鏈中的N-H和苯基形成的N-H…π氫鍵在多肽結(jié)構(gòu)以及生物體系中是十分重要的，它對(duì)穩(wěn)定多肽鏈的構(gòu)象起著重要作用.例如，多肽鏈內(nèi)部N-H…Ph氫鍵的結(jié)合方式有下面兩種：

例2 氯仿在苯中的溶解度明顯比1，1，1-三氯乙烷的大，請(qǐng)給出一種可能原因(含圖示).

上電子云密度，碳原子吸電子能力大增，使得C-H共價(jià)鍵電子云向碳原子偏移，氫核外露加劇，正電性增強(qiáng)，可表示為(圖3所示).

H與苯環(huán)上的共軛π電子形成氫鍵(如圖4所示).

只有打破思維定勢(shì)，不受傳統(tǒng)觀念的制約，大膽設(shè)想，勇于創(chuàng)新，才能對(duì)本題有一個(gè)圓滿的解答.

參考文獻(xiàn)：

[1]吳杰. 談化學(xué)競(jìng)賽題中的氫鍵問題[J].化學(xué)教學(xué),2004(07):48-50.