化學競賽考查熱點-氫鍵

穆玉鵬

(山東省博興縣第一中學 256500)

縱觀近年各級化學競賽試題，氫鍵已成為考查的一個熱點，但從各省閱卷情況看，學生答題五花八門，反映出參賽選手沒有很好掌握氫鍵本質，缺乏知識的應用和遷移能力.現就氫鍵的有關知識和考查層面進行分析、總結，供參考.

一、常規氫鍵

在一個典型的X-H…Y氫鍵體系中，X-Hδ 鍵的電子云強烈地偏向電負性大、原子半徑小的X原子，導致氫原子核外露，成為一個“裸露”的質子，它強烈地被另一個電負性大、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 咖啡因對中樞神經有興奮作用，其結構如圖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.請在圖1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.分子內氫鍵

例如：在苯酚的鄰位上有 -CHO、-COOH、-NO2等基團時可形成氫鍵的螯合環.

鄰硝基苯酚因形成分子內氫鍵而成螯環分子，因此比間位、對位硝基苯酚更不易溶于水，沸點也相對較低，其飽和蒸氣壓比間位、對位要大，有機實驗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、非常規氫鍵

在常規氫鍵X-H…Y中，Y是一個電負性大、原子半徑小、有孤對電子的原子，若Y是π鍵或離域π鍵體系，那就是一種非常規氫鍵.由苯基等芳香環的離域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氫鍵在多肽結構以及生物體系中是十分重要的，它對穩定多肽鏈的構象起著重要作用.例如，多肽鏈內部N-H…Ph氫鍵的結合方式有下面兩種：

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共價鍵電子云向碳原子偏移，氫核外露加劇，正電性增強，可表示為(圖3所示).

H與苯環上的共軛π電子形成氫鍵(如圖4所示).

只有打破思維定勢，不受傳統觀念的制約，大膽設想，勇于創新，才能對本題有一個圓滿的解答.

參考文獻：

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