हाइड्रोजन बंध

रसायन विज्ञान में, एक हाइड्रोजन बंधन (या एच-बॉन्ड) एक हाइड्रोजन (एच) परमाणु के बीच मुख्य रूप से इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण का बल होता है जो एक अधिक इलेक्ट्रोनगेटिव "दाता" परमाणु या समूह (डीएन) के लिए सहसंयोजक रूप से बाध्य होता है, और एक अन्य इलेक्ट्रोनगेटिव परमाणु असर करता है। इलेक्ट्रॉनों की अकेली जोड़ी-हाइड्रोजन बांड स्वीकर्ता (एसी)। इस तरह की परस्पर क्रिया करने वाली प्रणाली को आमतौर पर Dn−H···Ac कहा जाता है, जहां ठोस रेखा एक ध्रुवीय सहसंयोजक बंधन को दर्शाती है, और बिंदीदार या धराशायी रेखा हाइड्रोजन बंधन को इंगित करती है। सबसे लगातार दाता और स्वीकर्ता परमाणु अवधि 2 तत्व नाइट्रोजन (N), ऑक्सीजन (O), और फ्लोरीन (F) हैं।

हाइड्रोजन बांड इंटरमॉलिक्युलर (अलग-अलग अणुओं के बीच होने वाले) या इंट्रामोल्युलर (एक ही अणु के भागों के बीच होने वाले) हो सकते हैं। ISBN 0343171600  हाइड्रोजन बंधन की ऊर्जा ज्यामिति, पर्यावरण और विशिष्ट दाता और स्वीकर्ता परमाणुओं की प्रकृति पर निर्भर करती है और 1 और 40 किलो कैलोरी/मोल के बीच भिन्न हो सकती है। यह उन्हें वैन डेर वाल्स बल से कुछ हद तक मजबूत बनाता है, और पूरी तरह से सहसंयोजक बंधन या आयनिक बंधन से कमजोर बनाता है। इस प्रकार का बंधन पानी जैसे अकार्बनिक अणुओं और डीएनए और प्रोटीन जैसे कार्बनिक अणुओं में हो सकता है। हाइड्रोजन बांड कागज और ऊन जैसी सामग्री को एक साथ रखने के लिए और कागज की अलग-अलग शीट को गीला होने और बाद में सूखने के बाद आपस में चिपकाने के लिए जिम्मेदार हैं।

हाइड्रोजन बंधन एन, ओ, और एफ के यौगिकों के कई भौतिक और रासायनिक गुणों के लिए ज़िम्मेदार है जो अन्य समान संरचनाओं की तुलना में असामान्य लगते हैं। विशेष रूप से, इंटरमॉलिक्यूलर हाइड्रोजन बॉन्डिंग अन्य समूह -16 हाइड्राइड्स की तुलना में पानी के उच्च क्वथनांक (100 °C) के लिए जिम्मेदार है, जिसमें बहुत कमजोर हाइड्रोजन बॉन्ड होते हैं। इंट्रामोल्युलर हाइड्रोजन बॉन्डिंग प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड की द्वितीयक और तृतीयक संरचनाओं के लिए आंशिक रूप से जिम्मेदार है। यह सिंथेटिक और प्राकृतिक दोनों तरह के पॉलिमर की संरचना में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

परिभाषाएं और सामान्य विशेषताएं
हाइड्रोजन बॉन्ड में, हाइड्रोजन से सहसंयोजक रूप से जुड़े इलेक्ट्रोनगेटिव परमाणु को प्रोटॉन स्वीकर्ता का नाम दिया जाता है, जबकि हाइड्रोजन से जुड़े सहसंयोजक को प्रोटॉन डोनर का नाम दिया जाता है। IUPAC द्वारा इस नामकरण की सिफारिश की गई है। दाता का हाइड्रोजन प्रोटिक है और इसलिए लुईस एसिड के रूप में कार्य करता है और स्वीकर्ता लुईस बेस है। हाइड्रोजन बॉन्ड को H···Y सिस्टम के रूप में दर्शाया जाता है, जहां डॉट्स हाइड्रोजन बॉन्ड का प्रतिनिधित्व करते हैं। तरल पदार्थ जो हाइड्रोजन बॉन्डिंग (जैसे पानी) प्रदर्शित करते हैं, संबंधित तरल पदार्थ कहलाते हैं। हाइड्रोजन बॉन्ड इलेक्ट्रोस्टैटिक्स (मल्टीपोल-मल्टीपोल और मल्टीपोल-प्रेरित मल्टीपोल इंटरैक्शन), सहसंयोजकता (ऑर्बिटल ओवरलैप द्वारा चार्ज ट्रांसफर), और फैलाव (लंदन बलों) के संयोजन से उत्पन्न होते हैं।

कमजोर हाइड्रोजन बंधों में, हाइड्रोजन परमाणु सल्फर (S) या क्लोरीन (Cl) जैसे तत्वों से बंधते हैं; यहां तक ​​कि कार्बन (सी) भी एक दाता के रूप में काम कर सकता है, खासकर जब कार्बन या उसके पड़ोसियों में से एक इलेक्ट्रोनगेटिव हो (उदाहरण के लिए, क्लोरोफॉर्म, एल्डिहाइड और टर्मिनल एसिटिलीन में)। धीरे-धीरे, यह पहचाना गया कि कमजोर हाइड्रोजन बॉन्डिंग के कई उदाहरण हैं जिनमें एन, ओ, या एफ और/या स्वीकर्ता एसी के अलावा अन्य दाता शामिल हैं, जिनकी इलेक्ट्रोनगेटिविटी हाइड्रोजन के करीब पहुंच रही है (बहुत अधिक इलेक्ट्रोनगेटिव होने के बजाय)। हालांकि कमजोर (≈1 kcal/mol), "गैर-पारंपरिक" हाइड्रोजन बॉन्डिंग इंटरैक्शन सर्वव्यापी हैं और कई प्रकार की सामग्रियों की संरचनाओं को प्रभावित करते हैं।

इन कमजोर आकर्षक अंतःक्रियाओं को शामिल करने के लिए हाइड्रोजन बॉन्डिंग की परिभाषा समय के साथ धीरे-धीरे विस्तृत हुई है। 2011 में, एक IUPAC टास्क ग्रुप ने हाइड्रोजन बॉन्डिंग की आधुनिक साक्ष्य-आधारित परिभाषा की सिफारिश की, जो IUPAC जर्नल प्योर एंड एप्लाइड केमिस्ट्री में प्रकाशित हुई थी। यह परिभाषा निर्दिष्ट करती है: "हाइड्रोजन बंधन एक अणु या एक आणविक खंड X-H से हाइड्रोजन परमाणु के बीच एक आकर्षक संपर्क है जिसमें X, H की तुलना में अधिक विद्युतीय है, और एक परमाणु या एक ही या दूसरे अणु में परमाणुओं का एक समूह है, जिसमें सबूत है बंधन गठन का।"

बांड की क्षमता
हाइड्रोजन बांड कमजोर (1-2 kJ/mol) से मजबूत (161.5 kJ/mol bifluoride आयन, HF) में भिन्न हो सकते हैं. वाष्प में विशिष्ट एन्थैल्पी में शामिल हैं: इंटरमॉलिक्युलर हाइड्रोजन बॉन्ड की ताकत का मूल्यांकन अक्सर दाता और/या स्वीकर्ता इकाइयों वाले अणुओं के बीच संतुलन के मापन द्वारा किया जाता है, जो अक्सर समाधान में होता है। इंट्रामोल्युलर हाइड्रोजन बॉन्ड की ताकत का अध्ययन हाइड्रोजन बांड के साथ और बिना कन्फर्मर्स के बीच संतुलन के साथ किया जा सकता है। जटिल अणुओं में भी हाइड्रोजन बांड की पहचान के लिए सबसे महत्वपूर्ण तरीका क्रिस्टलोग्राफी है, कभी-कभी एनएमआर-स्पेक्ट्रोस्कोपी भी। संरचनात्मक विवरण, विशेष रूप से दाता और स्वीकर्ता के बीच की दूरी जो वैन डेर वाल्स रेडी के योग से कम है, को हाइड्रोजन बंधन शक्ति के संकेत के रूप में लिया जा सकता है।
 * F\sH***:F (161.5 kJ/mol या 38.6 kcal/mol), HF2- द्वारा विशिष्ट रूप से सचित्र किया गया है।
 * O\sH***:N (29 kJ/mol या 6.9 kcal/mol), सचित्र जल-अमोनिया है।
 * O\sH***:O (21 kJ/mol या 5.0 kcal/mol), सचित्र जलापूर्ति, अल्कोहल होता है।
 * N\sH***:N (13 kJ/mol या 3.1 kcal/mol), अमोनिया द्वारा चित्रित है।
 * N\sH***:O (8 kJ/mol या 1.9 kcal/mol), सचित्र जलापूर्ति-एमाइड होता है।
 * OH3+***:OH2 (18 kJ/mol या 4.3 kcal/mol) है।

एक योजना निम्नलिखित कुछ मनमाना वर्गीकरण देती है: जो 15 से 40 kcal/mol, 5 से 15 kcal/mol, और > 0 से 5 kcal/mol हैं, उन्हें क्रमशः मजबूत, मध्यम और कमजोर माना जाता है।

रेजोनेंस असिस्टेड हाइड्रोजन बॉन्ड
अनुनाद सहायता प्राप्त हाइड्रोजन बंधन (आमतौर पर RAHB के रूप में संक्षिप्त) एक मजबूत प्रकार का हाइड्रोजन बंधन है। यह π-डीलोकलाइजेशन द्वारा विशेषता है जिसमें हाइड्रोजन शामिल है और अकेले इलेक्ट्रोस्टैटिक मॉडल द्वारा ठीक से वर्णित नहीं किया जा सकता है। हाइड्रोजन बॉन्ड का यह विवरण आम तौर पर O\dC\sOH*** या ***O\dC\sC\dC\sOH के बीच असामान्य रूप से कम दूरी का वर्णन करने के लिए प्रस्तावित किया गया है।

 संरचनात्मक विवरण 

X\sH दूरी आमतौर पर ≈110 pm होती है, जबकि H***Y दूरी ≈160 से 200 pm है। पानी में हाइड्रोजन बंधन की विशिष्ट लंबाई 197 pm होती है। आदर्श आबंध कोण हाइड्रोजन आबंध दाता की प्रकृति पर निर्भर करता है। हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड दाता और विभिन्न स्वीकारकर्ताओं के बीच निम्नलिखित हाइड्रोजन बंधन कोण प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किए गए हैं:

स्पेक्ट्रोस्कोपी
1H NMR स्पेक्ट्रम में डाउनफील्ड शिफ्ट द्वारा मजबूत हाइड्रोजन बॉन्ड का पता चलता है। उदाहरण के लिए, एसिटाइलसिटोन के एनोल टॉटोमर में अम्लीय प्रोटॉन प्रकट होता है $\delta_\text{H}$15.5,जो एक पारंपरिक अल्कोहल का लगभग 10 पीपीएम डाउनफ़ील्ड है।

IR स्पेक्ट्रम में, हाइड्रोजन बंधन X\sH खींचने की आवृत्ति को कम ऊर्जा (यानी कंपन आवृत्ति घट जाती है) में स्थानांतरित करता है। यह बदलाव X\sH बांड के कमजोर होने को दर्शाता है। कुछ हाइड्रोजन बॉन्ड - अनुचित हाइड्रोजन बॉन्ड X\sH स्ट्रेचिंग फ्रीक्वेंसी की नीली शिफ्ट और बॉन्ड की लंबाई में कमी दिखाते हैं। एच-बॉन्ड को स्वीकर्ता के आईआर कंपन मोड शिफ्ट द्वारा भी मापा जा सकता है। जब वे साइड-चेन हाइड्रॉक्सिल समूहों के साथ एच-बॉन्ड बनाते हैं, तो α-हेलीसेस में बैकबोन कार्बोनिल्स का एमाइड मोड कम आवृत्तियों में बदल जाता है। पानी में हाइड्रोजन बंध संरचनाओं की गतिशीलता की जांच इस ओएच स्ट्रेचिंग कंपन द्वारा की जा सकती है। प्रोटिक ऑर्गेनिक आयनिक प्लास्टिक क्रिस्टल (POIPCs) में हाइड्रोजन बॉन्डिंग नेटवर्क में, जो पिघलने से पहले ठोस-ठोस चरण संक्रमणों को प्रदर्शित करने वाली एक प्रकार की चरण परिवर्तन सामग्री है, चर-तापमान अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी हाइड्रोजन बांड की तापमान निर्भरता और की गतिशीलता को प्रकट कर सकती है। ऋणायन और धनायन दोनों। [28] ठोस-ठोस चरण संक्रमण के दौरान हाइड्रोजन बंधों का अचानक कमजोर पड़ना आयनों के ओरिएंटल या घूर्णी विकार की शुरुआत के साथ जुड़ा हुआ प्रतीत होता है।

सैद्धांतिक विचार
हाइड्रोजन बॉन्डिंग लगातार सैद्धांतिक रुचि का है। एक आधुनिक विवरण के अनुसार O:H−O इंटरमॉलिक्युलर O:H लोन पेयर ":" नॉनबॉन्ड और इंट्रामोल्युलर H−O पोलर-कोवैलेंट बॉन्ड दोनों को एकीकृत करता है, जो O−O रिपलसिव कपलिंग से जुड़ा है।

प्रासंगिक इंटररेसिड्यू संभावित स्थिरांक (अनुपालन स्थिरांक) की क्वांटम रासायनिक गणना से पता चला एक ही प्रकार के व्यक्तिगत एच बांड के बीच बड़े अंतर। उदाहरण के लिए, गुआनिन और साइटोसिन के बीच केंद्रीय अंतःअवशेष N−H··N हाइड्रोजन बंधन एडेनिन-थाइमिन जोड़ी के बीच N-H··N बंधन की तुलना में बहुत मजबूत है।

सैद्धांतिक रूप से, हाइड्रोजन बॉन्ड की बॉन्ड स्ट्रेंथ का मूल्यांकन NCI इंडेक्स, गैर-सहसंयोजक इंटरैक्शन इंडेक्स का उपयोग करके किया जा सकता है, जो इन गैर-सहसंयोजक इंटरैक्शन के विज़ुअलाइज़ेशन की अनुमति देता है, जैसा कि इसके नाम से संकेत मिलता है, सिस्टम के इलेक्ट्रॉन घनत्व का उपयोग करते है।

साधारण बर्फ के कॉम्पटन प्रोफाइल में अनिसोट्रॉपी की व्याख्या से कि हाइड्रोजन बंधन आंशिक रूप से सहसंयोजक है। हालांकि, इस व्याख्या को चुनौती दी गई थी।

आम तौर पर, हाइड्रोजन बॉन्ड को दो या दो से अधिक इंटरमॉलिक्युलर बॉन्ड के बीच मीट्रिक-निर्भर इलेक्ट्रोस्टैटिक स्केलर फ़ील्ड के रूप में देखा जा सकता है। यह इंट्रामोल्युलर बाउंड स्टेट्स से थोड़ा अलग है, उदाहरण के लिए, सहसंयोजक या आयनिक बंधन; हालाँकि, हाइड्रोजन बॉन्डिंग आम तौर पर अभी भी एक बाध्य अवस्था की घटना है, क्योंकि अंतःक्रियात्मक ऊर्जा का शुद्ध नकारात्मक योग होता है। लिनस पॉलिंग द्वारा प्रस्तावित हाइड्रोजन बॉन्डिंग के प्रारंभिक सिद्धांत ने सुझाव दिया कि हाइड्रोजन बॉन्ड में आंशिक सहसंयोजक प्रकृति होती है। यह व्याख्या तब तक विवादास्पद रही जब तक NMR तकनीकों ने हाइड्रोजन-बंधित नाभिकों के बीच सूचना हस्तांतरण का प्रदर्शन नहीं किया, यह एक ऐसी उपलब्धि थी जो केवल तभी संभव होगी जब हाइड्रोजन बंधन में कुछ सहसंयोजक लक्षण होते है।

इतिहास
हाइड्रोजन बंधन की अवधारणा एक बार चुनौतीपूर्ण थी। लिनस पॉलिंग ने 1912 में हाइड्रोजन बॉन्ड के पहले उल्लेख के साथ टी.एस. मूर और टी.एफ. विनमिल को श्रेय दिया। मूर और विनमिल ने हाइड्रोजन बॉन्ड का उपयोग इस तथ्य के लिए किया कि ट्राइमेथिलअमोनियम हाइड्रॉक्साइड टेट्रामेथिलअमोनियम हाइड्रॉक्साइड की तुलना में कमजोर आधार है। इसकी बेहतर ज्ञात सेटिंग, पानी में हाइड्रोजन बॉन्डिंग का वर्णन कुछ साल बाद, 1920 में लैटिमर और रोडबुश से आया था। उस पत्र में, लैटीमर और रोडेबश ने अपनी प्रयोगशाला में एक साथी वैज्ञानिक मौरिस लॉयल हगिंस के काम का हवाला देते हुए कहा, "इस प्रयोगशाला के मिस्टर हगिन्स ने अभी तक अप्रकाशित कुछ काम में, दो परमाणुओं के बीच आयोजित हाइड्रोजन कर्नेल के विचार का उपयोग किया है कुछ कार्बनिक यौगिकों के संबंध में एक सिद्धांत है।

पानी
जल के अणुओं के बीच हाइड्रोजन बांड का एक सर्वव्यापी उदाहरण पाया जाता है। असतत पानी के अणु में दो हाइड्रोजन परमाणु और एक ऑक्सीजन परमाणु होते हैं। सबसे सरल मामला पानी के अणुओं की एक जोड़ी है, जिनके बीच एक हाइड्रोजन बंधन होता है, जिसे पानी का डिमर कहा जाता है और इसे अक्सर एक मॉडल प्रणाली के रूप में उपयोग किया जाता है। जब अधिक अणु मौजूद होते हैं, जैसा कि तरल पानी के मामले में होता है, तो अधिक बंधन संभव होते हैं क्योंकि पानी के एक अणु के ऑक्सीजन में इलेक्ट्रॉनों के दो अकेले जोड़े होते हैं, जिनमें से प्रत्येक दूसरे पानी के अणु पर हाइड्रोजन के साथ हाइड्रोजन बांड बना सकता है। यह ऐसा दोहरा सकता है कि प्रत्येक पानी का अणु चार अन्य अणुओं के साथ एच-बंधित होता है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है (दो इसके दो अकेले जोड़े के माध्यम से, और दो इसके दो हाइड्रोजन परमाणुओं के माध्यम से)। हाइड्रोजन बंधन बर्फ की क्रिस्टल संरचना को दृढ़ता से प्रभावित करता है, जिससे खुले हेक्सागोनल जाली बनाने में मदद मिलती है। बर्फ का घनत्व उसी तापमान पर पानी के घनत्व से कम होता है; इस प्रकार, अधिकांश अन्य पदार्थों के विपरीत, पानी का ठोस चरण तरल पर तैरता है।

तरल पानी का उच्च क्वथनांक हाइड्रोजन बॉन्ड की उच्च संख्या के कारण होता है, जो प्रत्येक अणु अपने कम आणविक द्रव्यमान के सापेक्ष बना सकता है। इन बंधनों को तोड़ने में कठिनाई के कारण, पानी में बहुत अधिक क्वथनांक, गलनांक और चिपचिपापन होता है, अन्यथा समान तरल पदार्थों की तुलना में जो हाइड्रोजन बंधों से नहीं जुड़े होते हैं। पानी अद्वितीय है क्योंकि इसके ऑक्सीजन परमाणु में दो एकाकी जोड़े और दो हाइड्रोजन परमाणु होते हैं, जिसका अर्थ है कि पानी के अणु के बंधनों की कुल संख्या चार तक होती है।

तरल पानी के एक अणु द्वारा गठित हाइड्रोजन बंधों की संख्या समय और तापमान के साथ बदलती रहती है। 25 डिग्री सेल्सियस पर TIP4P तरल जल सिमुलेशन से, यह अनुमान लगाया गया था कि प्रत्येक पानी का अणु औसतन 3.59 हाइड्रोजन बांड में भाग लेता है। 100 डिग्री सेल्सियस पर, आणविक गति में वृद्धि और घनत्व में कमी के कारण यह संख्या घटकर 3.24 हो जाती है, जबकि 0 डिग्री सेल्सियस पर, हाइड्रोजन बंधों की औसत संख्या बढ़कर 3.69 हो जाती है। एक अन्य अध्ययन में हाइड्रोजन बंधों की संख्या बहुत कम पाई गई: 2.357 25 डिग्री सेल्सियस पर। हालांकि हाइड्रोजन बॉन्ड को परिभाषित करना और गिनना सीधा नहीं है।

क्योंकि पानी विलेय प्रोटॉन दाताओं और स्वीकर्ता के साथ हाइड्रोजन बांड बना सकता है, यह विलेय इंटरमॉलिक्युलर या इंट्रामोल्युलर हाइड्रोजन बांड के गठन को प्रतिस्पर्धात्मक रूप से रोक सकता है। नतीजतन, पानी में घुले विलेय अणुओं के बीच या भीतर हाइड्रोजन बांड पानी और उन विलेय पर हाइड्रोजन बांड के लिए दाताओं और स्वीकारकर्ताओं के बीच हाइड्रोजन बांड के सापेक्ष लगभग हमेशा प्रतिकूल होते हैं। पानी के अणुओं के बीच हाइड्रोजन बॉन्ड का औसत जीवनकाल 10−11 सेकंड या 10 पिकोसेकंड होता है।

पानी में द्विभाजित और अति-समन्वित हाइड्रोजन बांड
एक एकल हाइड्रोजन परमाणु एक के बजाय दो हाइड्रोजन बंधों में भाग ले सकता है। इस प्रकार के संबंध को "द्विभाजित" (दो में विभाजित या "दो-कांटा") कहा जाता है। उदाहरण के लिए, यह जटिल प्राकृतिक या सिंथेटिक कार्बनिक अणुओं में मौजूद हो सकता है। यह सुझाव दिया गया है कि द्विभाजित हाइड्रोजन परमाणु जल पुनर्संरचना में एक आवश्यक कदम है। एक्सेप्टर-टाइप हाइड्रोजन बॉन्ड्स (ऑक्सीजन के एकाकी जोड़े पर समाप्त होने वाले) में एक ही ऑक्सीजन के हाइड्रोजन्स पर शुरू होने वाले डोनर-टाइप हाइड्रोजन बॉन्ड्स की तुलना में द्विभाजन (इसे ओवरकोऑर्डिनेटेड ऑक्सीजन, OCO कहा जाता है) बनाने की अधिक संभावना होती है

अन्य तरल पदार्थ
उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन फ्लोराइड—जिसके F परमाणु पर तीन एकाकी जोड़े हैं लेकिन केवल एक H परमाणु—केवल दो बंधन बना सकता है; (अमोनिया में विपरीत समस्या है: तीन हाइड्रोजन परमाणु लेकिन केवल एक अकेला जोड़ा) होता है।


 * H-F***H-F****H-F

विलायक हाइड्रोजन बंध की और अभिव्यक्तियाँ

 * कई यौगिकों के गलनांक, क्वथनांक, विलेयता और श्यानता में वृद्धि को हाइड्रोजन बंध की अवधारणा द्वारा समझाया जा सकता है।
 * एचएफ और पानी के मिश्रण का नेगेटिव एजोट्रोप।
 * तथ्य यह है कि बर्फ तरल पानी की तुलना में कम घना है, हाइड्रोजन बांड द्वारा स्थिर क्रिस्टल संरचना के कारण है।
 * नाटकीय रूप से उच्च क्वथनांक NH3, H2O, और एचएफ भारी एनालॉग्स की तुलना में PH3, H2S, और एचसीएल, जहां हाइड्रोजन-बंधन अनुपस्थित है।
 * निर्जल फॉस्फोरिक एसिड और ग्लिसरॉल की चिपचिपाहट।
 * कार्बोक्जिलिक एसिड में डिमर गठन और हाइड्रोजन फ्लोराइड में हेक्सामर का गठन, जो गैस चरण में भी होता है, जिसके परिणामस्वरूप आदर्श गैस कानून से सकल विचलन होता है।
 * एपोलर सॉल्वैंट्स में पानी और अल्कोहल का पेंटामर बनना।

पॉलिमर में हाइड्रोजन बांड
हाइड्रोजन बॉन्डिंग त्रि-आयामी संरचनाओं और कई सिंथेटिक और प्राकृतिक प्रोटीन द्वारा अपनाए गए गुणों को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। की तुलना में C\sC, C\sO, तथा C\sN बांड जिनमें अधिकांश पॉलिमर शामिल हैं, हाइड्रोजन बांड बहुत कमजोर हैं, शायद 5%। इस प्रकार, बहुलक रीढ़ की मूल संरचना को बनाए रखते हुए हाइड्रोजन बांड को रासायनिक या यांत्रिक तरीकों से तोड़ा जा सकता है। बांड की ताकत का यह पदानुक्रम (हाइड्रोजन-बॉन्ड से अधिक मजबूत होने वाले सहसंयोजक बंधन वैन डेर वाल्स बलों की तुलना में अधिक मजबूत होते हैं) कई सामग्रियों के गुणों को समझने के लिए महत्वपूर्ण है।

डीएनए
इन मैक्रोमोलेक्यूल्स में, एक ही मैक्रोमोलेक्यूल के कुछ हिस्सों के बीच बंधन इसे एक विशिष्ट आकार में बदल देता है, जो अणु की शारीरिक या जैव रासायनिक भूमिका निर्धारित करने में मदद करता है। उदाहरण के लिए, डीएनए की दोहरी पेचदार संरचना काफी हद तक इसके आधार जोड़े (साथ ही पाई स्टैकिंग इंटरैक्शन) के बीच हाइड्रोजन बॉन्डिंग के कारण होती है, जो एक पूरक स्ट्रैंड को दूसरे से जोड़ती है और डीएनए प्रतिकृति को सक्षम करती है।

प्रोटीन
प्रोटीन माध्यमिक संरचना में, हाइड्रोजन बांड बैकबोन ऑक्सीजेंस और एमाइड हाइड्रोजेन के बीच बनते हैं। जब हाइड्रोजन बांड में भाग लेने वाले अमीनो एसिड अवशेषों की रिक्ति नियमित रूप से स्थिति i और के बीच होती है i + 4, एक अल्फा हेलिक्स बनता है। जब रिक्ति कम हो, तो पदों के बीच i और i + 3, फिर एक 3 10 हेलिक्स|310 हेलिक्स बनता है। जब दो स्ट्रैंड हाइड्रोजन बॉन्ड से जुड़ते हैं, जिसमें प्रत्येक भाग लेने वाले स्ट्रैंड पर वैकल्पिक अवशेष शामिल होते हैं, तो एक बीटा शीट बनती है। हाइड्रोजन बांड भी आर-समूहों की बातचीत के माध्यम से प्रोटीन तृतीयक संरचना बनाने में एक भूमिका निभाते हैं। (प्रोटीन तह भी देखें)।

बैकबोन एमाइड के बीच अल्फा-हेलिकल ट्रांसमेम्ब्रेन प्रोटीन में द्विभाजित एच-बॉन्ड सिस्टम आम हैं C\dO एच-बॉन्ड स्वीकर्ता के रूप में और अवशेषों से दो एच-बॉन्ड दाताओं के रूप में i + 4: बैकबोन एमाइड N\sH और एक साइड-चेन हाइड्रॉक्सिल या थियोल H+. द्विभाजित एच-बॉन्ड हाइड्रॉक्सिल या थियोल सिस्टम की ऊर्जा वरीयता क्रमशः -3.4 kcal/mol या -2.6 kcal/mol है। इस प्रकार का द्विभाजित एच-बॉन्ड हाइड्रोफोबिक झिल्ली वातावरण के भीतर ध्रुवीय साइड-चेन, जैसे सेरीन, थ्रेओनीन और सिस्टीन के लिए एक इंट्राहेलिकल एच-बॉन्डिंग पार्टनर प्रदान करता है।

प्रोटीन तह में हाइड्रोजन बांड की भूमिका को ऑस्मोलाइट-प्रेरित प्रोटीन स्थिरीकरण से भी जोड़ा गया है। सुरक्षात्मक ऑस्मोलाइट्स, जैसे कि ट्रेहलोस और सोर्बिटोल, प्रोटीन तह संतुलन को एक एकाग्रता पर निर्भर तरीके से मुड़ा हुआ राज्य की ओर स्थानांतरित करते हैं। जबकि ऑस्मोलाइट क्रिया के लिए प्रचलित स्पष्टीकरण बहिष्कृत मात्रा प्रभावों पर निर्भर करता है जो प्रकृति में एंट्रोपिक हैं, सर्कुलर डाइक्रोइज्म (सीडी) प्रयोगों ने ऑस्मोलाइट को एक थैलेपिक प्रभाव के माध्यम से कार्य करने के लिए दिखाया है। प्रोटीन स्थिरीकरण में उनकी भूमिका के लिए आणविक तंत्र अभी भी अच्छी तरह से स्थापित नहीं है, हालांकि कई तंत्र प्रस्तावित किए गए हैं। कंप्यूटर आणविक गतिशीलता सिमुलेशन से पता चलता है कि ऑस्मोलाइट्स प्रोटीन हाइड्रेशन परत में हाइड्रोजन बांड को संशोधित करके प्रोटीन को स्थिर करते हैं। कई अध्ययनों से पता चला है कि हाइड्रोजन बॉन्ड मल्टीमेरिक प्रोटीन में सबयूनिट्स के बीच स्थिरता के लिए महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। उदाहरण के लिए, सोर्बिटोल डिहाइड्रोजनेज के एक अध्ययन ने एक महत्वपूर्ण हाइड्रोजन बॉन्डिंग नेटवर्क प्रदर्शित किया जो स्तनधारी सोर्बिटोल डिहाइड्रोजनेज प्रोटीन परिवार के भीतर टेट्रामेरिक चतुर्धातुक संरचना को स्थिर करता है। पानी के हमले से अपूर्ण रूप से परिरक्षित प्रोटीन बैकबोन हाइड्रोजन बांड एक डिहाइड्रॉन है। डिहाइड्रॉन प्रोटीन या लिगैंड के माध्यम से पानी को हटाने को बढ़ावा देते हैं। बहिर्जात निर्जलीकरण एमाइड और कार्बोनिल समूहों के बीच उनके चार्ज (भौतिकी) को डी-शेल्ड करके इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन को बढ़ाता है। इसके अलावा, निर्जलीकरण निर्जलित आवेश (भौतिकी) से युक्त गैर-बंधुआ अंतःक्रियाओं को अस्थिर करके हाइड्रोजन बंधन को स्थिर करता है। ऊन, प्रोटीन फाइबर होने के कारण, हाइड्रोजन बंधों द्वारा आपस में जुड़ा रहता है, जिससे ऊन खिंचने पर पीछे हट जाता है। हालांकि, उच्च तापमान पर धोने से हाइड्रोजन बांड स्थायी रूप से टूट सकते हैं और एक कपड़ा स्थायी रूप से अपना आकार खो सकता है।

सेल्यूलोज
सेल्यूलोज और व्युत्पन्न पॉलिमर की संरचना में हाइड्रोजन बांड प्रकृति में इसके कई अलग-अलग रूपों में महत्वपूर्ण हैं, जैसे कपास और सन।



सिंथेटिक पॉलिमर
कई पॉलिमर श्रृंखलाओं के भीतर और बीच में हाइड्रोजन बांड द्वारा मजबूत होते हैं। सिंथेटिक पॉलिमर के बीच, एक अच्छी तरह से विशेषता उदाहरण नायलॉन है, जहां हाइड्रोजन बांड रिपीट यूनिट में होते हैं और सामग्री के क्रिस्टलीकरण में एक प्रमुख भूमिका निभाते हैं। एमाइड रिपीट यूनिट में कार्बोनिल और एमाइन समूहों के बीच बांड होते हैं। वे आसन्न श्रृंखलाओं को प्रभावी ढंग से जोड़ते हैं, जो सामग्री को सुदृढ़ करने में मदद करते हैं। प्रभाव aramid फाइबर में बहुत अच्छा है, जहां हाइड्रोजन बांड रैखिक श्रृंखलाओं को बाद में स्थिर करते हैं। श्रृंखला की कुल्हाड़ियों को फाइबर अक्ष के साथ संरेखित किया जाता है, जिससे तंतु अत्यंत कठोर और मजबूत हो जाते हैं।

हाइड्रोजन-बॉन्ड नेटवर्क प्राकृतिक और सिंथेटिक दोनों पॉलिमर को वातावरण में नमी के स्तर के प्रति संवेदनशील बनाते हैं क्योंकि पानी के अणु सतह में फैल सकते हैं और नेटवर्क को बाधित कर सकते हैं। कुछ पॉलिमर दूसरों की तुलना में अधिक संवेदनशील होते हैं। इस प्रकार नाइलॉन अरामिड की तुलना में अधिक संवेदनशील होते हैं, और नायलॉन 6 नायलॉन -11 की तुलना में अधिक संवेदनशील होते हैं।

सममित हाइड्रोजन बंधन
एक सममित हाइड्रोजन बंधन एक विशेष प्रकार का हाइड्रोजन बंधन है जिसमें प्रोटॉन दो समान परमाणुओं के बीच ठीक आधे रास्ते में होता है। उन परमाणुओं में से प्रत्येक के बंधन की ताकत बराबर है। यह तीन-केंद्र चार-इलेक्ट्रॉन बंधन का एक उदाहरण है। इस प्रकार का बंधन सामान्य हाइड्रोजन बंधन से काफी मजबूत होता है। प्रभावी बंधन क्रम 0.5 है, इसलिए इसकी ताकत एक सहसंयोजक बंधन के बराबर है। यह उच्च दबाव पर बर्फ में देखा जाता है, और उच्च दबाव पर हाइड्रोफ्लोरिक एसिड और फॉर्मिक एसिड जैसे कई निर्जल एसिड के ठोस चरण में भी देखा जाता है। यह बाइफ्लोराइड आयन में भी देखा जाता है [F***H***F]-. गंभीर स्टेरिक बाधा के कारण, प्रोटॉन स्पंज (1,8-बीआईएस (डाइमिथाइलैमिनो) नेफ़थलीन) के प्रोटोनेटेड रूप और इसके डेरिवेटिव में सममित हाइड्रोजन बांड भी होते हैं ([N***H***N]+), हालांकि प्रोटोनेटेड प्रोटॉन स्पंज के मामले में, असेंबली मुड़ी हुई है।

डायहाइड्रोजन बंधन
हाइड्रोजन बॉन्ड की तुलना निकट से संबंधित डाइहाइड्रोजन बॉन्ड से की जा सकती है, जो हाइड्रोजन परमाणुओं को शामिल करने वाला एक इंटरमॉलिक्युलर फोर्स बॉन्डिंग इंटरैक्शन भी है। इन संरचनाओं को कुछ समय के लिए जाना जाता है, और एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी द्वारा अच्छी तरह से विशेषता है; हालांकि, पारंपरिक हाइड्रोजन बंधन, आयनिक बंधन और सहसंयोजक बंधन के साथ उनके संबंधों की समझ अस्पष्ट बनी हुई है। आम तौर पर, हाइड्रोजन बांड की विशेषता एक प्रोटॉन स्वीकर्ता द्वारा होती है जो अधातु परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों का एक अकेला जोड़ा होता है (विशेषकर नाइट्रोजन समूह और चाकोजेन समूहों में)। कुछ मामलों में, ये प्रोटॉन स्वीकर्ता पाई-बॉन्ड या मेटल कॉम्प्लेक्स हो सकते हैं। डायहाइड्रोजन बंधन में, हालांकि, एक धातु हाइड्राइड एक प्रोटॉन स्वीकर्ता के रूप में कार्य करता है, इस प्रकार एक हाइड्रोजन-हाइड्रोजन संपर्क बनाता है। न्यूट्रॉन विवर्तन ने दिखाया है कि इन परिसरों की आणविक ज्यामिति हाइड्रोजन बांड के समान है, जिसमें बांड की लंबाई धातु परिसर/हाइड्रोजन दाता प्रणाली के लिए बहुत अनुकूल है।

स्पेक्ट्रोस्कोपिक माध्यम से जांच की गई गतिशीलता
पानी में हाइड्रोजन बांड संरचनाओं की गतिशीलता को OH स्ट्रेचिंग कंपन के IR स्पेक्ट्रम द्वारा जांचा जा सकता है। प्रोटिक ऑर्गेनिक आयनिक प्लास्टिक क्रिस्टल (पीओआईपीसी) में हाइड्रोजन बॉन्डिंग नेटवर्क में, जो एक प्रकार की चरण परिवर्तन सामग्री है जो पिघलने से पहले ठोस-ठोस चरण संक्रमण प्रदर्शित करती है, चर-तापमान इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी हाइड्रोजन बॉन्ड की तापमान निर्भरता और गतिशीलता को प्रकट कर सकती है आयनों और धनायनों दोनों। सॉलिड-सॉलिड फेज ट्रांजिशन के दौरान हाइड्रोजन बॉन्ड्स का अचानक कमजोर होना आयनों के ओरिएंटेशनल या रोटेशनल डिसऑर्डर की शुरुआत के साथ जुड़ा हुआ लगता है।

दवाओं के लिए आवेदन
हाइड्रोजन बॉन्डिंग दवाओं के डिजाइन की कुंजी है। लिपिंस्की के पांच के नियम के अनुसार अधिकांश मौखिक रूप से सक्रिय दवाओं में पांच से अधिक हाइड्रोजन बांड दाता और दस से कम हाइड्रोजन बांड स्वीकर्ता नहीं होते हैं। ये अंतःक्रिया नाइट्रोजन-हाइड्रोजन और ऑक्सीजन-हाइड्रोजन केंद्रों के बीच मौजूद हैं। हालांकि, आधी नई दवाएं इन नियमों का पालन नहीं करती हैं। रेफरी>

अग्रिम पठन

 * George A. Jeffrey. An Introduction to Hydrogen Bonding (Topics in Physical Chemistry). Oxford University Press, USA (March 13, 1997). ISBN 0-19-509549-9

बाहरी संबंध

 * The Bubble Wall (Audio slideshow from the National High Magnetic Field Laboratory explaining cohesion, surface tension and hydrogen bonds)
 * isotopic effect on bond dynamics