Enlace de hidrógeno

Un enlace de hidrógeno (o enlace H) es una fuerza de atracción principalmente electrostática entre un átomo de hidrógeno (H) que está unido covalentemente a un átomo o grupo más electronegativo y otro átomo electronegativo que lleva un par solitario de electrones: el aceptor del enlace de hidrógeno. (C.A). Un sistema de interacción de este tipo generalmente se denota como Dn–H···Ac, donde la línea continua indica un enlace covalente polar y la línea punteada o discontinua indica el enlace de hidrógeno. Los átomos donantes y aceptores más frecuentes son los elementos de la segunda fila nitrógeno (N), oxígeno (O) y flúor (F).

Los enlaces de hidrógeno pueden ser intermoleculares (que se producen entre moléculas separadas) o intramoleculares (que se producen entre partes de la misma molécula). La energía de un enlace de hidrógeno depende de la geometría, el entorno y la naturaleza de los átomos donantes y aceptores específicos, y puede variar entre 1 y 40 kcal/mol. Esto los hace algo más fuertes que una interacción de van der Waals y más débiles que los enlaces iónicos o completamente covalentes. Este tipo de enlace puede ocurrir en moléculas inorgánicas como el agua y en moléculas orgánicas como el ADN y las proteínas. Los puentes de hidrógeno son responsables de mantener juntos materiales como el papel y la lana afieltrada, y de hacer que las hojas de papel separadas se peguen después de humedecerse y luego secarse.

El enlace de hidrógeno es responsable de muchas de las propiedades físicas y químicas anormales de los compuestos de N, O y F. En particular, el enlace de hidrógeno intermolecular es responsable del alto punto de ebullición del agua (100 °C) en comparación con el otro grupo. 16 hidruros que tienen enlaces de hidrógeno mucho más débiles. Los enlaces de hidrógeno intramoleculares son en parte responsables de las estructuras secundarias y terciarias de las proteínas y los ácidos nucleicos. También juega un papel importante en la estructura de los polímeros, tanto sintéticos como naturales.

Vinculación

Definiciones y características generales

Un átomo de hidrógeno unido a un átomo relativamente electronegativo es el donante del enlace de hidrógeno. Los enlaces CH solo participan en los enlaces de hidrógeno cuando el átomo de carbono está unido a sustituyentes electronegativos, como es el caso del cloroformo, CHCl ₃. En un enlace de hidrógeno, el átomo electronegativo que no está unido covalentemente al hidrógeno se denomina aceptor de protones, mientras que el que está unido covalentemente al hidrógeno se denomina donante de protones. Si bien la IUPAC recomienda esta nomenclatura, puede ser engañosa, ya que en otros enlaces donante-aceptor, la asignación de donante/aceptor se basa en la fuente del par de electrones (algunos autores también usan esta nomenclatura para los enlaces de hidrógeno).). En el donante del enlace de hidrógeno, el centro H es prótico. El donante es una base de Lewis. Los enlaces de hidrógeno se representan como sistema H···Y, donde los puntos representan el enlace de hidrógeno. Los líquidos que muestran enlaces de hidrógeno (como el agua) se denominan líquidos asociados.

El enlace de hidrógeno se describe a menudo como una interacción electrostática dipolo-dipolo. Sin embargo, también tiene algunas características del enlace covalente: es direccional y fuerte, produce distancias interatómicas más cortas que la suma de los radios de van der Waals y, por lo general, involucra un número limitado de compañeros de interacción, lo que puede interpretarse como un tipo de valencia.. Estas características covalentes son más sustanciales cuando los aceptores se unen a hidrógenos de donantes más electronegativos.

Como parte de una lista más detallada de criterios, la publicación de la IUPAC reconoce que la interacción atractiva puede surgir de alguna combinación de electrostática (interacciones multipolares multipolares e inducidas por multipolos), covalencia (transferencia de carga por superposición de orbitales) y dispersión (London fuerzas), y establece que la importancia relativa de cada uno variará dependiendo del sistema. Sin embargo, una nota a pie de página del criterio recomienda la exclusión de las interacciones en las que la dispersión es el contribuyente principal, dando específicamente Ar---CH ₄ y CH ₄ ---CH ₄ como ejemplos de tales interacciones para ser excluidos de la definición. Sin embargo, la mayoría de los libros de texto introductorios aún restringen la definición de enlace de hidrógeno al tipo "clásico" de enlace de hidrógeno caracterizado en el párrafo inicial.

Se conocen enlaces de hidrógeno más débiles para los átomos de hidrógeno unidos a elementos como el azufre (S) o el cloro (Cl); incluso el carbono (C) puede servir como donante, particularmente cuando el carbono o uno de sus vecinos es electronegativo (p. ej., en cloroformo, aldehídos y acetilenos terminales). Gradualmente, se reconoció que hay muchos ejemplos de enlaces de hidrógeno más débiles que involucran a un donante que no sea N, O o F y/o aceptor Ac con electronegatividad cercana a la del hidrógeno (en lugar de ser mucho más electronegativo). Aunque estas interacciones de enlaces de hidrógeno "no tradicionales" suelen ser bastante débiles (~1 kcal/mol), también son ubicuas y se reconocen cada vez más como elementos de control importantes en las interacciones receptor-ligando en química médica o interacciones intramoleculares/intermoleculares en materiales. ciencias

La definición de enlace de hidrógeno se ha ampliado gradualmente con el tiempo para incluir estas interacciones atractivas más débiles. En 2011, un grupo de trabajo de la IUPAC recomendó una definición moderna de enlace de hidrógeno basada en la evidencia, que se publicó en la revista Pure and Applied Chemistry de la IUPAC. Esta definición especifica:

El enlace de hidrógeno es una interacción atractiva entre un átomo de hidrógeno de una molécula o fragmento molecular X-H en el que X es más electronegativo que H, y un átomo o grupo de átomos en la misma molécula o en otra diferente, en el que hay evidencia de formación de enlaces.

Fuerza de unión

Los enlaces de hidrógeno pueden variar en fuerza desde débil (1–2 kJ mol) hasta fuerte (161,5 kJ mol en el ion HF).₂). Las entalpías típicas en vapor incluyen:

• F−H···:F (161,5 kJ/mol o 38,6 kcal/mol), ilustrado únicamente por HF ₂, bifluoruro
• O−H···:N (29 kJ/mol o 6,9 kcal/mol), ilustrado agua-amoníaco
• O−H···:O (21 kJ/mol o 5,0 kcal/mol), ilustrado agua-agua, alcohol-alcohol
• N−H···:N (13 kJ/mol o 3,1 kcal/mol), ilustrado por amoníaco-amoníaco
• N−H···:O (8 kJ/mol o 1,9 kcal/mol), agua-amida ilustrada
• OH₃···: OH₂ (18 kJ/mol o 4,3 kcal/mol)

La fuerza de los enlaces de hidrógeno intermoleculares se evalúa con mayor frecuencia mediante mediciones de equilibrio entre moléculas que contienen unidades donadoras y/o aceptoras, con mayor frecuencia en solución. La fuerza de los enlaces de hidrógeno intramoleculares se puede estudiar con equilibrios entre confórmeros con y sin enlaces de hidrógeno. El método más importante para la identificación de enlaces de hidrógeno también en moléculas complicadas es la cristalografía, a veces también la espectroscopia de RMN. Los detalles estructurales, en particular las distancias entre el donante y el aceptor que son más pequeñas que la suma de los radios de van der Waals, pueden tomarse como indicación de la fuerza del enlace de hidrógeno.

Un esquema ofrece la siguiente clasificación un tanto arbitraria: los que tienen de 15 a 40 kcal/mol, de 5 a 15 kcal/mol y de >0 a 5 kcal/mol se consideran fuertes, moderados y débiles, respectivamente.

Enlace de hidrógeno asistido por resonancia

El enlace de hidrógeno asistido por resonancia (comúnmente abreviado como RAHB) es un tipo fuerte de enlace de hidrógeno. Se caracteriza por la deslocalización π que involucra al hidrógeno y no puede ser descrita adecuadamente por el modelo electrostático solo. Se ha propuesto esta descripción del enlace de hidrógeno para describir distancias inusualmente cortas que generalmente se observan entre O=C-OH∙∙∙ o ∙∙∙O=CC=C-OH.

Detalles estructurales

La distancia X−H es típicamente ≈110 pm, mientras que la distancia H···Y es ≈160 a 200 pm. La longitud típica de un enlace de hidrógeno en el agua es de 197 pm. El ángulo de enlace ideal depende de la naturaleza del donante del enlace de hidrógeno. Los siguientes ángulos de enlace de hidrógeno entre un donante de ácido fluorhídrico y varios aceptores se han determinado experimentalmente:

Aceptor···donante	Geometría VSEPR	Ángulo (°)
HCN···HF	lineal	180
H2CO ··· HF	trigonal plana	120
H2O ··· HF	piramidal	46
H2S ··· HF	piramidal	89
SO 2 ···HF	trigonal	142

Espectroscopia

Los fuertes enlaces de hidrógeno se revelan mediante cambios de campo en el espectro H NMR. Por ejemplo, el protón ácido en el tautómero enol de la acetilacetona aparece en δ _H 15,5, que es aproximadamente 10 ppm campo abajo de un alcohol convencional.

En el espectro IR, el enlace de hidrógeno cambia la frecuencia de estiramiento XH a una energía más baja (es decir, la frecuencia de vibración disminuye). Este cambio refleja un debilitamiento del enlace XH. Ciertos enlaces de hidrógeno (enlaces de hidrógeno inadecuados) muestran un desplazamiento hacia el azul de la frecuencia de estiramiento XH y una disminución en la longitud del enlace. Los enlaces H también se pueden medir mediante cambios de modo de vibración IR del aceptor. El modo amida I de los carbonilos de la columna vertebral en las hélices α cambia a frecuencias más bajas cuando forman enlaces de hidrógeno con los grupos hidroxilo de la cadena lateral.

Consideraciones teóricas

El enlace de hidrógeno es de interés teórico persistente. De acuerdo con una descripción moderna, O: HO integra tanto el par intermolecular O: H solitario ":" sin enlace como el enlace covalente polar HO intramolecular asociado con el acoplamiento repulsivo OO.

Los cálculos químicos cuánticos de las constantes de potencial entre residuos relevantes (constantes de cumplimiento) revelaron grandes diferencias entre los enlaces H individuales del mismo tipo. Por ejemplo, el enlace de hidrógeno N−H···N entre residuos centrales entre la guanina y la citosina es mucho más fuerte en comparación con el enlace N−H···N entre el par adenina-timina.

Teóricamente, la fuerza de enlace de los enlaces de hidrógeno se puede evaluar mediante el índice NCI, índice de interacciones no covalentes, que permite una visualización de estas interacciones no covalentes, como su nombre lo indica, utilizando la densidad electrónica del sistema.

De las interpretaciones de las anisotropías en el perfil de Compton del hielo ordinario, el enlace de hidrógeno es parcialmente covalente. Sin embargo, esta interpretación fue cuestionada.

Más generalmente, el enlace de hidrógeno puede verse como un campo escalar electrostático dependiente de la métrica entre dos o más enlaces intermoleculares. Esto es ligeramente diferente de los estados unidos intramoleculares de, por ejemplo, enlaces covalentes o iónicos; sin embargo, el enlace de hidrógeno generalmente sigue siendo un fenómeno de estado ligado, ya que la energía de interacción tiene una suma neta negativa. La teoría inicial de los enlaces de hidrógeno propuesta por Linus Pauling sugería que los enlaces de hidrógeno tenían una naturaleza covalente parcial. Esta interpretación siguió siendo controvertida hasta que las técnicas de RMN demostraron la transferencia de información entre núcleos unidos por hidrógeno, una hazaña que solo sería posible si el enlace de hidrógeno tuviera algún carácter covalente.

Historia

El concepto de enlace de hidrógeno alguna vez fue un desafío. Linus Pauling atribuye a TS Moore y TF Winmill la primera mención del enlace de hidrógeno, en 1912. Moore y Winmill usaron el enlace de hidrógeno para explicar el hecho de que el hidróxido de trimetilamonio es una base más débil que el hidróxido de tetrametilamonio. La descripción de los enlaces de hidrógeno en su entorno más conocido, el agua, llegó algunos años después, en 1920, por Latimer y Rodebush. En ese artículo, Latimer y Rodebush citan el trabajo de un colega científico en su laboratorio, Maurice Loyal Huggins, diciendo: "El Sr. Huggins de este laboratorio en un trabajo aún no publicado, ha usado la idea de un núcleo de hidrógeno sostenido entre dos átomos como una teoría con respecto a ciertos compuestos orgánicos".

Puentes de hidrógeno en moléculas pequeñas

Agua

Un ejemplo omnipresente de un enlace de hidrógeno se encuentra entre las moléculas de agua. En una molécula de agua discreta, hay dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. El caso más simple es un par de moléculas de agua con un enlace de hidrógeno entre ellas, lo que se denomina dímero de agua y se usa a menudo como sistema modelo. Cuando hay más moléculas presentes, como es el caso del agua líquida, son posibles más enlaces porque el oxígeno de una molécula de agua tiene dos pares de electrones solitarios, cada uno de los cuales puede formar un enlace de hidrógeno con un hidrógeno en otra molécula de agua. Esto puede repetirse de tal manera que cada molécula de agua tenga enlaces de hidrógeno con hasta otras cuatro moléculas, como se muestra en la figura (dos a través de sus dos pares solitarios y dos a través de sus dos átomos de hidrógeno). Los enlaces de hidrógeno afectan fuertemente la estructura cristalina del hielo, lo que ayuda a crear una red hexagonal abierta. La densidad del hielo es menor que la densidad del agua a la misma temperatura; por lo tanto, la fase sólida del agua flota sobre el líquido, a diferencia de la mayoría de las demás sustancias.

El alto punto de ebullición del agua líquida se debe a la gran cantidad de enlaces de hidrógeno que puede formar cada molécula, en relación con su baja masa molecular. Debido a la dificultad de romper estos enlaces, el agua tiene un punto de ebullición, un punto de fusión y una viscosidad muy altos en comparación con líquidos similares que no están unidos por enlaces de hidrógeno. El agua es única porque su átomo de oxígeno tiene dos pares solitarios y dos átomos de hidrógeno, lo que significa que el número total de enlaces de una molécula de agua es de hasta cuatro.

El número de enlaces de hidrógeno formados por una molécula de agua líquida fluctúa con el tiempo y la temperatura. A partir de las simulaciones de agua líquida TIP4P a 25 °C, se estimó que cada molécula de agua participa en un promedio de 3,59 enlaces de hidrógeno. A 100 °C, este número se reduce a 3,24 debido al aumento del movimiento molecular y la disminución de la densidad, mientras que a 0 °C, el número medio de enlaces de hidrógeno aumenta a 3,69. Otro estudio encontró un número mucho menor de enlaces de hidrógeno: 2,357 a 25 °C. Las diferencias pueden deberse al uso de un método diferente para definir y contar los enlaces de hidrógeno.

Cuando las fuerzas de enlace son más equivalentes, uno podría encontrar los átomos de dos moléculas de agua que interactúan divididas en dos iones poliatómicos de carga opuesta, específicamente hidróxido (OH) e hidronio (H ₃ O). (Los iones de hidronio también se conocen como iones de "hidroxonio").H − O H ₃ O

De hecho, en agua pura en condiciones de temperatura y presión estándar, esta última formulación es aplicable sólo en raras ocasiones; en promedio, aproximadamente una de cada 5,5 × 10 moléculas cede un protón a otra molécula de agua, de acuerdo con el valor de la constante de disociación del agua en tales condiciones. Es una parte crucial de la singularidad del agua.

Debido a que el agua puede formar enlaces de hidrógeno con solutos donantes y aceptores de protones, puede inhibir competitivamente la formación de enlaces de hidrógeno intermoleculares o intramoleculares de soluto. En consecuencia, los enlaces de hidrógeno entre o dentro de las moléculas de soluto disueltas en agua son casi siempre desfavorables en relación con los enlaces de hidrógeno entre el agua y los donantes y aceptores de enlaces de hidrógeno en esos solutos. Los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua tienen una vida media de 10 segundos o 10 picosegundos.

Enlaces de hidrógeno bifurcados y sobrecoordinados en el agua

Un solo átomo de hidrógeno puede participar en dos enlaces de hidrógeno, en lugar de uno. Este tipo de unión se denomina "bifurcada" (dividida en dos o "bifurcada"). Puede existir, por ejemplo, en moléculas orgánicas naturales o sintéticas complejas. Se ha sugerido que un átomo de hidrógeno bifurcado es un paso esencial en la reorientación del agua.Los enlaces de hidrógeno de tipo aceptor (que terminan en los pares solitarios de un oxígeno) tienen más probabilidades de formar una bifurcación (se denomina oxígeno sobrecoordinado, OCO) que los enlaces de hidrógeno de tipo donante, que comienzan en los hidrógenos del mismo oxígeno.

Otros líquidos

Por ejemplo, el fluoruro de hidrógeno, que tiene tres pares solitarios en el átomo de F pero solo un átomo de H, puede formar solo dos enlaces; (el amoníaco tiene el problema opuesto: tres átomos de hidrógeno pero solo un par solitario).H−F···H−F···H−F

Otras manifestaciones del enlace de hidrógeno solvente

• El aumento del punto de fusión, el punto de ebullición, la solubilidad y la viscosidad de muchos compuestos puede explicarse mediante el concepto de enlace de hidrógeno.
• Azeotropía negativa de mezclas de HF y agua
• El hecho de que el hielo sea menos denso que el agua líquida se debe a una estructura cristalina estabilizada por puentes de hidrógeno.
• Puntos de ebullición dramáticamente más altos de NH ₃, H ₂ O y HF en comparación con los análogos más pesados ​​PH ₃, H ₂ S y HCl, donde los enlaces de hidrógeno están ausentes.
• Viscosidad del ácido fosfórico anhidro y del glicerol
• Formación de dímeros en ácidos carboxílicos y formación de hexámeros en fluoruro de hidrógeno, que ocurren incluso en la fase gaseosa, lo que resulta en grandes desviaciones de la ley de los gases ideales.
• Formación de pentámeros de agua y alcoholes en disolventes apolares.

Puentes de hidrógeno en polímeros

Los enlaces de hidrógeno juegan un papel importante en la determinación de las estructuras tridimensionales y las propiedades que adoptan muchas proteínas sintéticas y naturales. En comparación con los enlaces CC, CO y CN que componen la mayoría de los polímeros, los enlaces de hidrógeno son mucho más débiles, quizás un 5 %. Por lo tanto, los enlaces de hidrógeno se pueden romper por medios químicos o mecánicos mientras se conserva la estructura básica de la columna vertebral del polímero. Esta jerarquía de fuerzas de enlace (los enlaces covalentes son más fuertes que los enlaces de hidrógeno y son más fuertes que las fuerzas de van der Waals) es clave para comprender las propiedades de muchos materiales.

ADN

En estas macromoléculas, la unión entre partes de la misma macromolécula hace que se pliegue en una forma específica, lo que ayuda a determinar el papel fisiológico o bioquímico de la molécula. Por ejemplo, la estructura de doble hélice del ADN se debe en gran medida a los enlaces de hidrógeno entre sus pares de bases (así como a las interacciones de apilamiento pi), que unen una hebra complementaria con la otra y permiten la replicación.

Proteínas

En la estructura secundaria de las proteínas, se forman enlaces de hidrógeno entre los oxígenos de la columna vertebral y los hidrógenos de amida. Cuando el espaciado de los residuos de aminoácidos que participan en un enlace de hidrógeno ocurre regularmente entre las posiciones i e i + 4, se forma una hélice alfa. Cuando el espaciamiento es menor, entre las posiciones i e i + 3, entonces se forma una hélice de 3 _10. Cuando dos hebras se unen mediante enlaces de hidrógeno que involucran residuos alternos en cada hebra participante, se forma una hoja beta. Los enlaces de hidrógeno también juegan un papel en la formación de la estructura terciaria de la proteína a través de la interacción de los grupos R. (Ver también plegamiento de proteínas).

Los sistemas de enlaces H bifurcados son comunes en las proteínas transmembrana alfa-helicoidales entre la amida principal C=O del residuo i como aceptor del enlace H y dos donantes de enlaces H del residuo i+4: la amida principal NH y una cadena lateral hidroxilo o tiol H. La preferencia energética del sistema hidroxilo o tiol con enlaces de hidrógeno bifurcados es -3,4 kcal/mol o -2,6 kcal/mol, respectivamente. Este tipo de enlace H bifurcado proporciona un compañero de enlace H intrahelicoidal para cadenas laterales polares, como serina, treonina y cisteína dentro de los entornos de membrana hidrofóbica.

El papel de los enlaces de hidrógeno en el plegamiento de proteínas también se ha relacionado con la estabilización de proteínas inducida por osmolitos. Los osmolitos protectores, como la trehalosa y el sorbitol, desplazan el equilibrio de plegamiento de la proteína hacia el estado plegado, de manera dependiente de la concentración. Si bien la explicación predominante para la acción de los osmolitos se basa en los efectos de volumen excluidos que son de naturaleza entrópica, los experimentos de dicroísmo circular (CD) han demostrado que los osmolitos actúan a través de un efecto entálpico. El mecanismo molecular de su papel en la estabilización de proteínas aún no está bien establecido, aunque se han propuesto varios mecanismos. Las simulaciones de dinámica molecular por computadora sugieren que los osmolitos estabilizan las proteínas modificando los enlaces de hidrógeno en la capa de hidratación de la proteína.

Varios estudios han demostrado que los enlaces de hidrógeno juegan un papel importante para la estabilidad entre subunidades en proteínas multiméricas. Por ejemplo, un estudio de sorbitol deshidrogenasa mostró una importante red de enlaces de hidrógeno que estabiliza la estructura cuaternaria tetramérica dentro de la familia de proteínas de sorbitol deshidrogenasa de mamíferos.

Un enlace de hidrógeno de la columna vertebral de una proteína protegido de forma incompleta del ataque del agua es un dehidron. Los dehidrones promueven la eliminación de agua a través de la unión de ligandos o proteínas. La deshidratación exógena mejora la interacción electrostática entre los grupos amida y carbonilo al desproteger sus cargas parciales. Además, la deshidratación estabiliza el enlace de hidrógeno al desestabilizar el estado no unido que consiste en cargas aisladas deshidratadas.

La lana, al ser una fibra proteica, se mantiene unida por enlaces de hidrógeno, lo que hace que la lana retroceda cuando se estira. Sin embargo, el lavado a altas temperaturas puede romper permanentemente los enlaces de hidrógeno y una prenda puede perder su forma permanentemente.

Celulosa

Los enlaces de hidrógeno son importantes en la estructura de la celulosa y los polímeros derivados en sus muchas formas diferentes en la naturaleza, como el algodón y el lino.

Polímeros sintéticos

Muchos polímeros se fortalecen mediante enlaces de hidrógeno dentro y entre las cadenas. Entre los polímeros sintéticos, un ejemplo bien caracterizado es el nylon, donde los enlaces de hidrógeno ocurren en la unidad repetida y juegan un papel importante en la cristalización del material. Los enlaces se producen entre los grupos carbonilo y amina en la unidad de repetición de amida. Enlazan efectivamente cadenas adyacentes, lo que ayuda a reforzar el material. El efecto es excelente en la fibra de aramida, donde los enlaces de hidrógeno estabilizan lateralmente las cadenas lineales. Los ejes de la cadena están alineados a lo largo del eje de la fibra, lo que hace que las fibras sean extremadamente rígidas y fuertes.

Las redes de enlaces de hidrógeno hacen que los polímeros naturales y sintéticos sean sensibles a los niveles de humedad en la atmósfera porque las moléculas de agua pueden difundirse en la superficie e interrumpir la red. Algunos polímeros son más sensibles que otros. Así, los nailons son más sensibles que las aramidas y el nailon 6 es más sensible que el nailon-11.

Enlace de hidrógeno simétrico

Un enlace de hidrógeno simétrico es un tipo especial de enlace de hidrógeno en el que el protón está espaciado exactamente a la mitad entre dos átomos idénticos. La fuerza del enlace a cada uno de esos átomos es igual. Es un ejemplo de un enlace de cuatro electrones de tres centros. Este tipo de enlace es mucho más fuerte que un enlace de hidrógeno "normal". El orden de enlace efectivo es 0,5, por lo que su fuerza es comparable a un enlace covalente. Se ve en el hielo a alta presión y también en la fase sólida de muchos ácidos anhidros como el ácido fluorhídrico y el ácido fórmico a alta presión. También se ve en el ion bifluoruro [F--H--F]. Debido a la severa restricción estérica, la forma protonada de Proton Sponge (1,8-bis(dimetilamino)naftaleno) y sus derivados también tienen enlaces de hidrógeno simétricos ([N--H--N]),aunque en el caso de Proton Sponge protonada, el conjunto está doblado.

Enlace de dihidrógeno

El enlace de hidrógeno se puede comparar con el enlace dihidrógeno estrechamente relacionado, que también es una interacción de enlace intermolecular que involucra átomos de hidrógeno. Estas estructuras se conocen desde hace algún tiempo y están bien caracterizadas por cristalografía;sin embargo, sigue sin estar clara la comprensión de su relación con el enlace de hidrógeno convencional, el enlace iónico y el enlace covalente. En general, el enlace de hidrógeno se caracteriza por un aceptor de protones que es un par solitario de electrones en átomos no metálicos (sobre todo en los grupos de nitrógeno y calcógeno). En algunos casos, estos aceptores de protones pueden ser enlaces pi o complejos metálicos. En el enlace de dihidrógeno, sin embargo, un hidruro metálico sirve como aceptor de protones, formando así una interacción hidrógeno-hidrógeno. La difracción de neutrones ha demostrado que la geometría molecular de estos complejos es similar a los enlaces de hidrógeno, en el sentido de que la longitud del enlace es muy adaptable al sistema del complejo metálico/donador de hidrógeno.

Dinámica probada por medios espectroscópicos

La dinámica de las estructuras de enlaces de hidrógeno en el agua se puede probar mediante el espectro IR de la vibración de estiramiento de OH. En la red de enlaces de hidrógeno en los cristales plásticos iónicos orgánicos próticos (POIPC), que son un tipo de material de cambio de fase que exhibe transiciones de fase sólida a sólida antes de la fusión, la espectroscopia infrarroja de temperatura variable puede revelar la dependencia de la temperatura de los enlaces de hidrógeno y la dinámica de tanto los aniones como los cationes. El debilitamiento repentino de los enlaces de hidrógeno durante la transición de fase sólida a sólida parece estar acoplado con el inicio del desorden de orientación o rotación de los iones.

Aplicación a las drogas

Los puentes de hidrógeno son la clave para el diseño de fármacos. De acuerdo con la regla de cinco de Lipinski, la mayoría de los fármacos activos por vía oral tienden a tener entre cinco y diez enlaces de hidrógeno. Estas interacciones existen entre los centros nitrógeno-hidrógeno y oxígeno-hidrógeno. Al igual que con muchas otras reglas generales, existen muchas excepciones.