हाइड्रोजन बंध

रसायन विज्ञान में, एक हाइड्रोजन बांड (या एच-बॉन्ड) मुख्य रूप से एक हाइड्रोजन (एच) परमाणु के बीच आकर्षण का इलेक्ट्रोस्टैटिक्स बल होता है जो एक अधिक इलेक्ट्रोनगेटिविटी दाता परमाणु या समूह (डीएन) के लिए सहसंयोजक बंधन होता है, और एक अकेला जोड़ी वाला एक अन्य इलेक्ट्रोनगेटिव परमाणु होता है। इलेक्ट्रॉनों की - हाइड्रोजन बांड स्वीकर्ता (एसी)। इस तरह की एक अंतःक्रियात्मक प्रणाली को आम तौर पर निरूपित किया जाता है Dn\sH***Ac, 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 दूसरी पंक्ति के तत्व नाइट्रोजन (N), ऑक्सीजन (O), और फ्लोरीन (F) हैं।

हाइड्रोजन बांड इंटरमॉलिक्युलर (अलग-अलग अणुओं के बीच होने वाले) या इंट्रामोल्युलर बल (एक ही अणु के कुछ हिस्सों के बीच होने वाले) हो सकते हैं। रेफरी> पिमेंटेल, जी। हाइड्रोजन बॉन्ड फ्रैंकलिन क्लासिक्स, 2018), ISBN 0343171600  हाइड्रोजन बांड की ऊर्जा ज्यामिति, पर्यावरण और विशिष्ट दाता और स्वीकर्ता परमाणुओं की प्रकृति पर निर्भर करती है और 1 और 40 kcal/mol 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 बांड एन, ओ और एफ के यौगिकों के कई भौतिक और रासायनिक गुणों के लिए जिम्मेदार है जो अन्य समान संरचनाओं की तुलना में असामान्य लगते हैं। विशेष रूप से, इंटरमॉलिक्युलर हाइड्रोजन बॉन्डिंग पानी के उच्च क्वथनांक (100 डिग्री सेल्सियस) के लिए जिम्मेदार है, अन्य हाइड्रोजन चाकोजेनाइड समूह-16 हाइड्राइड्स की तुलना में जिनमें बहुत कमजोर हाइड्रोजन बॉन्ड होते हैं। इंट्रामोल्युलर हाइड्रोजन बॉन्डिंग प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड की माध्यमिक संरचना और तृतीयक संरचना 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
एक हाइड्रोजन बंधन में, हाइड्रोजन से सहसंयोजी रूप से जुड़े हुए इलेक्ट्रोनगेटिव परमाणु को प्रोटॉन स्वीकर्ता नाम दिया जाता है, जबकि हाइड्रोजन से बंधे हुए को प्रोटॉन डोनर का नाम दिया जाता है। जबकि IUPAC द्वारा इस नामकरण की अनुशंसा की जाती है, हाइड्रोजन बांड दाता में, एच केंद्र प्रोटिक है। डोनर लुईस बेस है। हाइड्रोजन बांड के रूप में प्रतिनिधित्व किया जाता है H***Y प्रणाली, जहां बिंदु हाइड्रोजन बंधन का प्रतिनिधित्व करते हैं। वे द्रव जो हाइड्रोजन आबंध प्रदर्शित करते हैं (जैसे जल) संबद्ध द्रव कहलाते हैं। हाइड्रोजन बांड इलेक्ट्रोस्टैटिक्स (मल्टीपोल-मल्टीपोल और मल्टीपोल-प्रेरित मल्टीपोल इंटरैक्शन), सहसंयोजक (कक्षीय ओवरलैप द्वारा चार्ज ट्रांसफर), और फैलाव (लंदन फैलाव बल) के संयोजन से उत्पन्न होते हैं।

कमजोर हाइड्रोजन बांड सल्फर (एस) या क्लोरीन (सीएल) जैसे तत्वों से बंधे हाइड्रोजन परमाणुओं के लिए जाने जाते हैं; यहां तक ​​कि कार्बन (सी) भी दाता के रूप में काम कर सकता है, खासकर जब कार्बन या उसका कोई पड़ोसी विद्युत ऋणात्मक हो (उदाहरण के लिए, क्लोरोफॉर्म, एल्डिहाइड और टर्मिनल एसिटिलीन में)। धीरे-धीरे, यह माना गया कि कमजोर हाइड्रोजन बंधन के कई उदाहरण हैं जिनमें एन, ओ, या एफ और/या स्वीकर्ता एसी के अलावा अन्य दाता शामिल हैं, जिसमें इलेक्ट्रोनगेटिविटी हाइड्रोजन के करीब आ रही है (बजाय बहुत अधिक इलेक्ट्रोनगेटिव होने के)। हालांकि कमजोर (≈1 kcal/mol), गैर-पारंपरिक हाइड्रोजन बॉन्डिंग इंटरैक्शन सर्वव्यापी हैं और कई प्रकार की सामग्रियों की संरचना 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 एक आधुनिक साक्ष्य-आधारित परिभाषा की सिफारिश की, जिसे IUPAC जर्नल प्योर एंड एप्लाइड केमिस्ट्री में प्रकाशित किया गया था। यह परिभाषा निर्दिष्ट करती है: "The hydrogen bond is an attractive interaction between a hydrogen atom from a molecule or a molecular fragment X\sH in which X is more electronegative than H, and an atom or a group of atoms in the same or a different molecule, in which there is evidence of bond formation."

बांड की ताकत
हाइड्रोजन बांड कमजोर (1-2 kJ/mol) से मजबूत (161.5 kJ/mol bifluoride ion में) की ताकत में भिन्न हो सकते हैं, HF2-). 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 बॉन्ड के साथ और बिना कंफर्मर्स 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 छोटी होती है, को हाइड्रोजन बांड ताकत के संकेत के रूप में लिया जा सकता है।
 * F\sH***:F (161.5 kJ/mol या 38.6 kcal/mol), द्वारा विशिष्ट रूप से चित्रित किया गया HF2-
 * O\sH***:N (29 kJ/mol या 6.9 kcal/mol), सचित्र जल-अमोनिया
 * O\sH***:O (21 kJ/mol या 5.0 kcal/mol), सचित्र पानी-पानी, शराब-शराब
 * N\sH***:N (13 kJ/mol या 3.1 kcal/mol), अमोनिया-अमोनिया द्वारा चित्रित
 * N\sH***:O (8 kJ/mol या 1.9 kcal/mol), सचित्र पानी-एमाइड
 * OH3+***:OH2 (18 केजे/मोल या 4.3 किलो कैलोरी/मोल)

एक योजना निम्नलिखित को कुछ हद तक मनमाना वर्गीकरण देती है: जो कि 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
रेजोनेंस असिस्टेड हाइड्रोजन बॉन्ड (आमतौर पर RAHB के रूप में संक्षिप्त) हाइड्रोजन बॉन्ड का एक मजबूत प्रकार है। यह -delocalization द्वारा विशेषता है जिसमें हाइड्रोजन शामिल है और अकेले इलेक्ट्रोस्टैटिक मॉडल द्वारा ठीक से वर्णित नहीं किया जा सकता है। हाइड्रोजन बांड के इस विवरण को आमतौर पर के बीच देखी जाने वाली असामान्य रूप से कम दूरी का वर्णन करने के लिए प्रस्तावित किया गया है O\dC\sOH*** या ***O\dC\sC\dC\sOH.

संरचनात्मक विवरण
X\sH }} दूरी आमतौर पर ≈110 पिकोमीटर होती है, जबकि H***Y दूरी ≈160 से 200 pm है। पानी में हाइड्रोजन बंध की सामान्य लंबाई 197 pm होती है। आदर्श आबंध कोण हाइड्रोजन आबंध दाता की प्रकृति पर निर्भर करता है। हाइड्रोफ्लोरिक एसिड दाता और विभिन्न स्वीकर्ता के बीच निम्नलिखित हाइड्रोजन बांड कोणों को प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया गया है:

स्पेक्ट्रोस्कोपी
प्रोटॉन एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी में डाउनफील्ड शिफ्ट से मजबूत हाइड्रोजन बांड का पता चलता है|1एच एनएमआर स्पेक्ट्रम। उदाहरण के लिए, एसिटाइलैसटोन के एनोल टॉटोमर में अम्लीय प्रोटॉन दिखाई देता है $\delta_\text{H}$15.5, जो एक पारंपरिक अल्कोहल का लगभग 10 पीपीएम डाउनफील्ड है। IR स्पेक्ट्रम में, हाइड्रोजन बॉन्डिंग शिफ्ट हो जाती है X\sH आवृत्ति को कम ऊर्जा तक खींचना (अर्थात कंपन आवृत्ति घट जाती है)। यह बदलाव के कमजोर होने को दर्शाता है X\sH गहरा संबंध। कुछ हाइड्रोजन बांड - अनुचित हाइड्रोजन बांड - की एक नीली पारी दिखाते हैं X\sH खिंचाव आवृत्ति और बंधन लंबाई में कमी। एच-बॉन्ड को स्वीकर्ता के आईआर वाइब्रेशनल मोड शिफ्ट द्वारा भी मापा जा सकता है। α-हेलीसेस में बैकबोन कार्बोनिल्स का एमाइड I मोड कम आवृत्तियों पर शिफ्ट हो जाता है जब वे साइड-चेन हाइड्रॉक्सिल समूहों के साथ एच-बॉन्ड बनाते हैं।

सैद्धांतिक विचार
हाइड्रोजन बॉन्डिंग लगातार सैद्धांतिक रुचि का है। एक आधुनिक विवरण के अनुसार O:H\sO दोनों इंटरमॉलिक्युलर O:H लोन जोड़ी को एकीकृत करता है: नॉनबॉन्ड और इंट्रामोल्युलर H\sO ध्रुवीय-सहसंयोजक बंधन से जुड़ा हुआ है O\sO प्रतिकारक युग्मन। प्रासंगिक अंतर-अवशेष 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, केंद्रीय अवशेष N\sH***N ग्वानिन और साइटोसिन के बीच हाइड्रोजन बंधन की तुलना में बहुत अधिक मजबूत है N\sH***N एडेनिन-थाइमिन जोड़ी के बीच बंधन। सैद्धांतिक रूप से, हाइड्रोजन बांड की बांड ताकत का आकलन एनसीआई इंडेक्स, गैर-सहसंयोजक इंटरैक्शन इंडेक्स का उपयोग करके किया जा सकता है, जो इन गैर-सहसंयोजक इंटरैक्शन के एक दृश्य की अनुमति देता है, जैसा कि इसके नाम से संकेत मिलता है, सिस्टम के इलेक्ट्रॉन घनत्व का उपयोग करते हुए।

साधारण बर्फ के कॉम्पटन प्रकीर्णन में अनिसोट्रॉपी की व्याख्या से कि हाइड्रोजन बंधन आंशिक रूप से सहसंयोजक है। हालाँकि, इस व्याख्या को चुनौती दी गई थी। आमतौर पर, हाइड्रोजन बांड को दो या दो से अधिक इंटरमॉलिक्युलर बॉन्ड के बीच एक मीट्रिक (गणित)-निर्भर इलेक्ट्रोस्टैटिक स्केलर क्षेत्र के रूप में देखा जा सकता है। यह इंट्रामोल्युलर बल बाध्य राज्यों से थोड़ा अलग है, उदाहरण के लिए, सहसंयोजक बंधन या आयनिक बंधन; हालाँकि, हाइड्रोजन बॉन्डिंग आम तौर पर अभी भी एक बाध्य अवस्था की घटना है, क्योंकि अंतःक्रियात्मक ऊर्जा का शुद्ध ऋणात्मक योग होता है। लिनुस पॉलिंग द्वारा प्रस्तावित हाइड्रोजन बॉन्डिंग के प्रारंभिक सिद्धांत ने सुझाव दिया कि हाइड्रोजन बॉन्ड में आंशिक सहसंयोजक प्रकृति थी। यह व्याख्या तब तक विवादास्पद रही जब तक कि परमाणु चुंबकीय अनुनाद ने हाइड्रोजन-बंधुआ नाभिक के बीच सूचना हस्तांतरण का प्रदर्शन नहीं किया, एक ऐसा काम जो केवल तभी संभव होगा जब हाइड्रोजन बंधन में कुछ सहसंयोजक चरित्र हों।

इतिहास
हाइड्रोजन बॉन्डिंग की अवधारणा एक बार चुनौतीपूर्ण थी। लिनुस पॉलिंग ने 1912 में हाइड्रोजन बांड के पहले उल्लेख के साथ टी.एस. मूर और टी.एफ. विनमिल को श्रेय दिया। मूर और विनमिल ने हाइड्रोजन बॉन्ड का इस्तेमाल इस तथ्य के लिए किया कि ट्राइमेथिलमोनियम हाइड्रॉक्साइड टेट्रामेथाइलमोनियम हाइड्रॉक्साइड की तुलना में एक कमजोर आधार है। इसकी बेहतर ज्ञात सेटिंग, पानी में हाइड्रोजन बॉन्डिंग का विवरण, कुछ साल बाद, 1920 में, वेंडेल मिशेल लैटिमर और रोडबश से आया था। उस पत्र में, लैटिमर और रोडबश ने अपनी प्रयोगशाला में एक साथी वैज्ञानिक, मौरिस लॉयल हगिन्स द्वारा काम का हवाला देते हुए कहा, इस प्रयोगशाला के श्री हगिन्स ने कुछ काम में अभी तक अप्रकाशित किया है, दो परमाणुओं के बीच हाइड्रोजन कर्नेल के विचार का उपयोग किया है कुछ कार्बनिक यौगिकों के संबंध में सिद्धांत।

पानी
जल के अणुओं के बीच हाइड्रोजन आबंध का सर्वव्यापक उदाहरण मिलता है। एक असतत पानी के अणु में दो हाइड्रोजन परमाणु और एक ऑक्सीजन परमाणु होता है। सबसे सरल मामला पानी के अणुओं की एक जोड़ी है जिनके बीच एक हाइड्रोजन बंधन होता है, जिसे वाटर डिमर कहा जाता है और इसे अक्सर एक मॉडल सिस्टम 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 एक पानी के अणु के ऑक्सीजन में इलेक्ट्रॉनों के दो अकेले जोड़े होते हैं, जिनमें से प्रत्येक दूसरे पानी के अणु पर हाइड्रोजन के साथ हाइड्रोजन बंधन बना सकता है। यह इस तरह दोहराया जा सकता है कि प्रत्येक पानी का अणु चार अन्य अणुओं के साथ एच-बंधुआ 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 बॉन्डिंग बर्फ की क्रिस्टल संरचना को दृढ़ता से प्रभावित करती है, जिससे एक खुली हेक्सागोनल जाली बनाने में मदद मिलती है। बर्फ का घनत्व समान तापमान पर पानी के घनत्व से कम होता है; इस प्रकार, पानी का ठोस चरण अधिकांश अन्य पदार्थों के विपरीत, तरल पर तैरता है।

तरल पानी का उच्च क्वथनांक प्रत्येक अणु के कम आणविक द्रव्यमान के सापेक्ष हाइड्रोजन बांड की उच्च संख्या के कारण होता है। इन बंधों को तोड़ने की कठिनाई के कारण, पानी का क्वथनांक, गलनांक और चिपचिपाहट बहुत अधिक होता है, अन्यथा समान तरल पदार्थों की तुलना में जो हाइड्रोजन बांड से जुड़े नहीं होते हैं। पानी अद्वितीय है क्योंकि इसके ऑक्सीजन परमाणु में दो अकेले 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 बनने वाले हाइड्रोजन बांडों की संख्या समय और तापमान के साथ बदलती रहती है। 25 डिग्री सेल्सियस पर जल मॉडल 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 बांड की औसत संख्या बढ़कर 3.69 हो जाती है। एक अन्य अध्ययन में हाइड्रोजन बांडों की संख्या बहुत कम पाई गई: 2.357 25 डिग्री सेल्सियस पर। अंतर हाइड्रोजन बांड को परिभाषित करने और गिनने के लिए एक अलग विधि के उपयोग के कारण हो सकते हैं।

जहां बंधन ताकत अधिक समकक्ष होती है, इसके बजाय दो परस्पर क्रिया करने वाले पानी के अणुओं के परमाणुओं को विपरीत चार्ज के दो पॉलीएटोमिक आयनों में विभाजित किया जा सकता है, विशेष रूप से हाइड्रॉक्साइड (OH-) और हाइड्रोनियम (H3O+) (हाइड्रोनियम आयनों को हाइड्रोक्सोनियम आयन भी कहा जाता है।)


 * एच-ओ^- \क्वाड एच3ओ+

दरअसल, मानक तापमान और दबाव की स्थितियों के तहत शुद्ध पानी में, यह बाद वाला फॉर्मूलेशन शायद ही कभी लागू होता है; औसतन प्रत्येक 5.5. में से एक के बारे में ऐसी परिस्थितियों में पानी के लिए पृथक्करण स्थिरांक के मान के अनुसार अणु पानी के दूसरे अणु को एक प्रोटॉन छोड़ देते हैं। यह पानी की विशिष्टता का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है।

क्योंकि पानी विलेय प्रोटॉन दाताओं और स्वीकर्ता के साथ हाइड्रोजन बॉन्ड बना सकता है, यह विलेय इंटरमॉलिक्युलर या इंट्रामोल्युलर हाइड्रोजन बॉन्ड के निर्माण 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 स्वीकर्ता के बीच हाइड्रोजन बांड के सापेक्ष लगभग हमेशा प्रतिकूल होते हैं। पानी के अणुओं के बीच हाइड्रोजन बांड का औसत जीवनकाल 10. होता है−11 सेकंड, या 10 पिकोसेकंड।

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 बंधन को द्विभाजित (दो या दो कांटे में विभाजित) 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 पुनर्विन्यास में एक आवश्यक कदम है।

स्वीकर्ता-प्रकार के हाइड्रोजन बांड (ऑक्सीजन के एकाकी जोड़े पर समाप्त होने वाले) में द्विभाजन (इसे ओवरकोर्डिनेटेड ऑक्सीजन, OCO कहा जाता है) बनने की संभावना अधिक होती है, जो दाता-प्रकार के हाइड्रोजन बॉन्ड होते हैं, जो उसी ऑक्सीजन के हाइड्रोजेन से शुरू होते हैं।

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


 * एच-एफ***एच-एफ****एच-एफ

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