हाइड्रोजन बंध

रसायन विज्ञान में, एक हाइड्रोजन बांड परमाणु के बीच मुख्य रूप से इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण का बल होता है जो एक अधिक विद्युतऋणात्मक परमाणु या समूह (DN) के लिए सहसंयोजक रूप से बाध्य होता है, और एक अन्य विद्युतऋणात्मक परमाणु प्रभाव पडता है। इलेक्ट्रॉनों की अकेली जोड़ी-हाइड्रोजन बांड स्वीकर्ता (AC)। इस तरह की परस्पर क्रिया करने वाली प्रणाली को सामान्यतः 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 और स्वीकर्ता परमाणु अवधि 2 तत्व नाइट्रोजन (N), ऑक्सीजन (O), और फ्लोरीन (F) हैं।

हाइड्रोजन बांड इंटरमॉलिक्युलर या इंट्रामोल्युलर हो सकते हैं। ISBN 0343171600  हाइड्रोजन बांड 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 वान्डरवाल्स बल से कुछ हद तक ठोस बनाता है, और पूरी तरह से सहसंयोजक बांड या आयनिक बांड से  असमर्थ होता है। इस प्रकार का बांड पानी जैसे अकार्बनिक अणुओं और DNA 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 उत्तरदायी  हैं।

हाइड्रोजन बांड N, O, और F 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 उत्तरदायी है, जिसमें बहुत दुर्बल हाइड्रोजन बॉन्ड होते हैं। इंट्रामोल्युलर हाइड्रोजन बॉन्डिंग प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड की द्वितीयक और तृतीयक संरचनाओं के लिए आंशिक रूप से उत्तरदायी होते है। यह अवास्तविक और प्राकृतिक दोनों तरह के पॉलिमर की संरचना में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

परिभाषाएं और सामान्य विशेषताएं
हाइड्रोजन बांड 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 अनुशंसा 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 प्रदर्शित करते हैं, संबंधित तरल पदार्थ कहलाते हैं। हाइड्रोजन बॉन्ड इलेक्ट्रोस्टैटिक्स, सहसंयोजकता, और विस्तारों के संयोजन से उत्पन्न होते हैं।

दुर्बल हाइड्रोजन बांडों 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 सहवासीयों में से एक इलेक्ट्रोनगेटिव हो।  धीरे-धीरे, यह पहचाना गया कि दुर्बल हाइड्रोजन बॉन्डिंग के कई उदाहरण हैं जिनमें N, O, या F या स्वीकर्ता AC के अतिरिक्त अन्य दाता सम्मलित हैं, जिनकी इलेक्ट्रोनगेटिविटी हाइड्रोजन के करीब पहुंच रही है। चूंकि दुर्बल (≈1 kcal/mol), "गैर-पारंपरिक" हाइड्रोजन बॉन्डिंग इंटरैक्शन सर्वव्यापी हैं और कई प्रकार की सामग्रियों की संरचनाओं को प्रभावित करते हैं।

इन दुर्बल आकर्षक अंतःक्रियाओं को सम्मलित 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 अनुशंसा की, जो IUPAC जर्नल प्योर एंड एप्लाइड के मिस्ट्री में प्रकाशित हुई थी। यह परिभाषा निर्दिष्ट करती है: "हाइड्रोजन बॉन्ड 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 यह प्रमाण है बंधन गठन का।"

बांड की क्षमता
हाइड्रोजन बांड दुर्बल (1-2 kJ/mol) से मजबूत (161.5 kJ/mol bifluoride आयन, HF) में भिन्न हो सकते हैं. वाष्प में विशिष्ट ऊष्मा में सम्मलित हैं: इंटरमॉलिक्युलर हाइड्रोजन बॉन्ड की ताकत का मूल्यांकन अधिकांशतः दाता और स्वीकर्ता इकाइयों वाले अणुओं के बीच संतुलन के मापन द्वारा किया जाता है, जो अधिकांशतः 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 नियम क्रिस्टलोग्राफी है, कभी-कभी NMR-स्पेक्ट्रोस्कोपी भी है। संरचनात्मक विवरण, विशेष रूप से दाता और स्वीकर्ता के बीच की दूरी जो वैन डेर वाल्स रेडी के योग से कम है, जीससे हाइड्रोजन बॉन्ड 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 दुर्बल माना जाता है।

रेजोनेंस असिस्टेड हाइड्रोजन बॉन्ड
अनुनाद सहायता प्राप्त हाइड्रोजन बॉन्ड एक मजबूत प्रकार का हाइड्रोजन बॉन्ड है। यह π- विस्थापन द्वारा विशेषता है जिसमें हाइड्रोजन सम्मलित है और अकेले इलेक्ट्रोस्टैटिक मॉडल द्वारा ठीक से वर्णित नहीं किया जा सकता है। हाइड्रोजन बॉन्ड का यह विवरण सामान्यतः 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 सामान्यतः ≈110 pm होती है, जबकि H***Y दूरी ≈160 से 200 pm है। पानी में हाइड्रोजन बॉन्ड 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 बॉन्ड कोण प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किए गए हैं:

स्पेक्ट्रोस्कोपी
1H NMR वर्णक्रम में डाउनफील्ड शिफ्ट द्वारा ठोस 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 PPM डाउनफ़ील्ड है।

IR स्पेक्ट्रम में, हाइड्रोजन बंधन X\sH खींचने की आवृत्ति को कम ऊर्जा में स्थानांतरित करता है। यह बदलाव X\sH बांड के दुर्बल 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। H-बॉन्ड को स्वीकर्ता के IR कंपन मोड शिफ्ट द्वारा भी मापा जा सकता है। जब वे साइड-चेन हाइड्रॉक्सिल समूहों के साथ H-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 दुर्बल पड़ना आयनों के ओरिएंटल या घूर्णी विकार की आरंभ 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 की नकारात्मक एज़ोट्रॉपी है।
 * तथ्य यह है कि बर्फ तरल पानी की तुलना में कम घना है, हाइड्रोजन बॉन्ड द्वारा स्थिर क्रिस्टल संरचना के कारण है।
 * NH3, H2O, और HF के भारी समकक्षों PH3, H2S, और HCl की तुलना में नाटकीय रूप से उच्च क्वथनांक, जहाँ हाइड्रोजन-बॉन्डिंग अनुपस्थित है।
 * निर्जल फॉस्फोरिक एसिड और ग्लिसरॉल की चिपचिपाहट होती है।
 * कार्बोक्जिलिक एसिड में डिमर गठन और हाइड्रोजन फ्लोराइड में हेक्सामर 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 गठन होता है।

पॉलिमर में हाइड्रोजन बांड
हाइड्रोजन बंधन त्रि-आयामी संरचनाओं और कई सिंथेटिक और प्राकृतिक प्रोटीनों द्वारा अपनाए गए गुणों को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। C\sC, C\sO, तथा C\sN बॉन्ड की तुलना में 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 (सहसंयोजक बंधन हाइड्रोजन-बॉन्ड से अधिक मजबूत होने के कारण वैन डेर वाल्स बलों से मजबूत होता है) कई सामग्रियों के गुणों में प्रासंगिक है।

DNA
इन मैक्रोमोलेक्यूल्स में, एक ही मैक्रोमोलेक्यूल के कुछ हिस्सों के बीच संबंध इसे एक विशिष्ट आकार में मोड़ने का कारण बनता है, जो अणु की शारीरिक या जैव रासायनिक भूमिका को निर्धारित करने में मदद करता है। उदाहरण के लिए, डीएनए की दोहरी पेचदार संरचना मुख्य रूप से इसके बेस जोड़े (साथ ही पाई स्टैकिंग इंटरैक्शन) के बीच हाइड्रोजन बॉन्डिंग के कारण होती है, जो एक पूरक स्ट्रैंड को दूसरे से जोड़ती है और प्रतिकृति को सक्षम करती है।

प्रोटीन
प्रोटीन की द्वितीयक संरचना में, बैकबोन ऑक्सीजेन और एमाइड हाइड्रोजन के बीच हाइड्रोजन बॉन्ड बनते हैं। जब हाइड्रोजन बॉन्ड में भाग लेने वाले अमीनो एसिड के अवशेषों का स्थान i और i + 4 के बीच नियमित रूप से होता है, तो एक अल्फा हेलिक्स बनता है। जब स्थान i और i + 3 के बीच कम होता है, तो एक 310 हेलिक्स बनता है। जब दो स्ट्रैंड्स 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 आर-समूहों की बातचीत के माध्यम से प्रोटीन की तृतीयक संरचना बनाने में भी भूमिका निभाते हैं। (प्रोटीन फोल्डिंग भी देखें)।

द्विभाजित एच-बॉन्ड सिस्टम अल्फा-हेलिकल ट्रांसमेम्ब्रेन प्रोटीन में बैकबोन एमाइड C\dO के बीच H-बॉन्ड स्वीकर्ता के रूप में आम हैं और अवशेष i + 4: से 2 एच-बॉन्ड डोनर: N\sH और एक साइड के बीच बैकबोन -चेन हाइड्रॉक्सिल या थिओल H+. द्विभाजित H-बॉन्ड हाइड्रॉक्सिल या थियोल सिस्टम की ऊर्जा वरीयता क्रमशः -3.4 kcal/mol या -2.6 kcal/mol है। इस प्रकार का द्विभाजित H-बॉन्ड हाइड्रोफोबिक झिल्ली वातावरण के भीतर ध्रुवीय साइड-चेन, जैसे सेरीन, थ्रेओनीन और सिस्टीन के लिए एक इंट्राहेलिकल H-बॉन्डिंग पार्टनर प्रदान करता है।

प्रोटीन फोल्डिंग में हाइड्रोजन बॉन्ड की भूमिका को ऑस्मोलिट-प्रेरित प्रोटीन स्थिरीकरण से भी जोड़ा गया है। ट्रेहलोज और सोर्बिटोल जैसे सुरक्षात्मक ऑस्मोलिट्स, एकाग्रता पर निर्भर तरीके से प्रोटीन फोल्डिंग संतुलन को तह स्थिति की ओर ले जाते हैं। जबकि ऑस्मोलाइट क्रिया के लिए प्रचलित स्पष्टीकरण बहिष्कृत वॉल्यूम प्रभावों पर निर्भर करता है जो प्रकृति में एन्ट्रोपिक हैं, सर्कुलर डाइक्रोइज्म (सीडी) प्रयोगों ने ऑस्मोलाइट को एक एन्थैल्पिक 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 सुझाव देते हैं कि प्रोटीन हाइड्रेशन परत में हाइड्रोजन बॉन्ड को संशोधित करके ऑस्मोलाइट्स प्रोटीन को स्थिर करते हैं। [

कई अध्ययनों से पता चला है कि मल्टीमेरिक प्रोटीन में सबयूनिट्स के बीच स्थिरता के लिए हाइड्रोजन बॉन्ड 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 पूरी तरह से परिरक्षित एक प्रोटीन बैकबोन हाइड्रोजन बंधन एक डिहाइड्रॉन है। डिहाइड्रॉन्स प्रोटीन या लिगैंड बाइंडिंग के माध्यम से पानी को हटाने को बढ़ावा देते हैं। बहिर्जात निर्जलीकरण एमाइड और कार्बोनिल समूहों के बीच उनके आंशिक आवेशों को डी-शील्ड करके इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन को बढ़ाता है। इसके अलावा, निर्जलीकरण निर्जलित पृथक आवेशों से युक्त गैर-बंधित अवस्था को अस्थिर करके हाइड्रोजन बंधन को स्थिर करता है।

ऊन, एक प्रोटीन फाइबर होने के नाते, हाइड्रोजन बंधों द्वारा एक साथ रखा जाता 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 परिधान स्थायी रूप से अपना आकार खो सकता है।

सेल्यूलोज
कपास और सन जैसे सेलूलोज़ और व्युत्पन्न फाइबर की संरचना में हाइड्रोजन बंधन महत्वपूर्ण हैं।



सिंथेटिक पॉलिमर
कई सिंथेटिक पॉलिमर के गुण जंजीरों के भीतर और/या बीच हाइड्रोजन बांड से प्रभावित होते हैं। नायलॉन में, एमाइड रिपीट यूनिट में कार्बोनिल और एमाइन समूहों के बीच हाइड्रोजन बॉन्ड मौजूद होते हैं। वे आसन्न जंजीरों को प्रभावी ढंग से जोड़ते हैं, जो सामग्री को सुदृढ़ करते हैं। हाइड्रोजन बॉन्ड्स अरिमिड फाइबर को भी प्रभावित करते हैं, जहां हाइड्रोजन बॉन्ड रैखिक श्रृंखलाओं को बाद में स्थिर करते हैं। चेन कुल्हाड़ियों को फाइबर अक्ष के साथ संरेखित किया जाता है, जिससे फाइबर बेहद कठोर और मजबूत हो जाते हैं।

हाइड्रोजन-बॉन्ड नेटवर्क वातावरण में नमी के स्तर के प्रति संवेदनशील दोनों प्राकृतिक और सिंथेटिक पॉलिमर 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 से अधिक संवेदनशील होते हैं, और नायलॉन 6 नायलॉन-11 से अधिक संवेदनशील होते हैं।

सममित हाइड्रोजन बंधन
एक सममित हाइड्रोजन बंधन एक विशेष प्रकार का हाइड्रोजन बंधन होता है जिसमें प्रोटॉन दो समान परमाणुओं के बीच बिल्कुल आधे रास्ते में होता है। उनमें से प्रत्येक परमाणु 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 और उच्च दबाव पर हाइड्रोफ्लोरिक एसिड और फॉर्मिक एसिड जैसे कई निर्जल एसिड के ठोस चरण में भी देखा जाता है। यह बाइफ्लोराइड आयन [F···H··F]- में भी देखा जाता है। गंभीर स्टेरिक बाधा के कारण, प्रोटॉन स्पंज (1,8-बीआईएस (डाइमिथाइलैमिनो) नेफ़थलीन) के प्रोटोनेटेड रूप और इसके डेरिवेटिव में सममित हाइड्रोजन बॉन्ड ([N***H***N]+)भी होते हैं, हालांकि प्रोटोनेटेड प्रोटॉन स्पंज के मामले में, असेंबली मुड़ी हुई है।

डायहाइड्रोजन बंधन
हाइड्रोजन बंधन की तुलना बारीकी से संबंधित डायहाइड्रोजन बंधन से की जा सकती है, जो हाइड्रोजन परमाणुओं से जुड़े एक इंटरमॉलिक्यूलर बंधन इंटरैक्शन भी है। इन संरचनाओं को कुछ समय के लिए जाना जाता है, और क्रिस्टलोग्राफी द्वारा अच्छी तरह से जाना जाता है; हालांकि, पारंपरिक हाइड्रोजन बंधन, आयनिक बंधन और सहसंयोजक बंधन के साथ उनके संबंधों की समझ अस्पष्ट बनी हुई है। आम तौर पर, हाइड्रोजन बॉन्ड को एक प्रोटॉन स्वीकर्ता द्वारा चित्रित किया जाता है जो कि गैर-धात्विक परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों की एक अकेली जोड़ी है (विशेष रूप से नाइट्रोजन और चाकोजेन समूहों में)। कुछ मामलों में, ये प्रोटॉन स्वीकर्ता पी-बॉन्ड या मेटल कॉम्प्लेक्स हो सकते हैं। डाइहाइड्रोजन बांड में, हालांकि, एक धातु हाइड्राइड एक प्रोटॉन स्वीकर्ता के रूप में कार्य करता है, इस प्रकार हाइड्रोजन-हाइड्रोजन इंटरैक्शन का निर्माण होता है। न्यूट्रॉन विवर्तन ने दिखाया है कि इन परिसरों की आणविक ज्यामिति हाइड्रोजन बांड के समान है, जिसमें बंधन 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।

औषधियों के लिए आवेदन
ड्रग डिज़ाइन के लिए हाइड्रोजन बॉन्डिंग एक प्रासंगिक है। लिपिंस्की के पाँच के नियम के अनुसार अधिकांश मौखिक रूप से सक्रिय दवाओं में पाँच से अधिक हाइड्रोजन बॉन्ड डोनर और दस से कम हाइड्रोजन बॉन्ड स्वीकार करने वाले नहीं होते हैं। ये अन्योन्य क्रियाएं नाइट्रोजन-हाइड्रोजन और ऑक्सीजन-हाइड्रोजन केंद्रों के बीच मौजूद हैं। हालांकि, कई दवाएं इन "नियमों" का पालन नहीं करती हैं।

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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