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水素結合の実効距離

生命科学系の学生.
脂質と結合する蛋白質の研究をしております.

水素結合の形成に関する質問をさせていただきます.
陰性原子に共有結合した水素原子と別の陰性原子が近づけば水素結合が形成されるのは自明だと存じます.
教科書ではこれら3つの原子が直線的に位置したときに形成されるとの記述を見かけます.
以下の疑問について,ご経験者の皆さまにおかれましてアドバイスいただけないでしょうか?
よろしくお願いいたします.

1. ?レベルで,原子がどの程度近づけば水素結合が形成されるのか?
2. 結合が形成されるに足る距離であっても,陰性原子・水素原子・陰性原子が直線上に位置した場合のみ水素結合が形成されるのか?

A 回答 (2件)

あまり厳密ではありませんが一般的な認識では、



1:水素原子とヘテロ原子は1.9~2.0Aくらいまでは近くないと水素結合があるとは考えにくいです
2:必ずしも直線上にある必要はありません.わかりやすい解釈としては、水素原子と、ヘテロ原子上の非共有電子対との間に形成される、と考えられていますので、非共有電子対の方向とあまりにもかけ離れている場合には水素結合があるとは考えにくいです.
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この回答へのお礼

早速の回答ありがとうございます.

>水素原子とヘテロ原子は1.9~2.0Aくらいまでは近くないと水素結合があるとは考えにくい
>非共有電子対の方向とあまりにもかけ離れている場合には水素結合があるとは考えにくい
なるほど.Hδ+とXδ-が2.0A以内であり,Hδ+を中心としたXδ-同士の角度が大きすぎないときに水素結合は形成されるというイメージでしょうか.

お礼日時:2010/07/01 17:36

詳しくは、電子配置を計算してください。


http://rikanet2.jst.go.jp/contents/cp0030/start. …
算数が出来なくて(シュレジンガーが解けなくて)、定性的な内容しか答えられません。

水素結合の場合には、
O: → H - O - H
と、酸素(多少例外がありますが)の不対電子が水分子(とは限りませんけど)のHと結合し、非共役化して、全体でひとつの電子雲を作って、結合します。
水素の場合、比較的安定した軌道が直線になりますので、水素結合は直線で表記される場合が多いですが、温度が上がり、エネルギーが高くなれば、曲がった状態でも存在し(励起状態)、より安定な状態へ変化可能であるならば、別の結合に変化します。

立体問題がなければ、H-O結合距離の2倍程度(記憶があいまい、Oの不対電子雲の長さ+H-(何か)の結合距離)程度で存在します。
http://www7a.biglobe.ne.jp/~plus1-tarbo/newpage9 …
http://www2m.biglobe.ne.jp/~tfuna/model/unitcell …
(氷の結晶構造参照)
しかし、立体問題があると、他のきがじゃまをして近づけません。よって、結合できません。
http://science.is.akita-u.ac.jp/education/sentan …
左右にメチルきがあると、メチルきがじゃまをして近づけないでしょう。

>水素結合が形成されるのか?
と聞かれたらば、他の場合もありうると答えるでしょう。しかし、最も安定した状態は直線状に配置されたときです。

30年ぐらい前ですか、ハソコンがマイコンと呼ばれた頃、たんぱく質の高次構造をパソコンで計算させて表示させようとする試みが行われていました。結晶構造から「安定な状態」での水素結合距離はすでに求められています。
しかし、励起状態に付いては、あまり知られていません。方程式が理解できなくて、耳を閉ざしてしまいました。現在の状態はわかりません。
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この回答へのお礼

早速の回答ありがとうございます.

>温度が上がり、エネルギーが高くなれば、曲がった状態でも存在
環境条件によって水素結合のつくられ方にバリエーションがあるのですね.

>「安定な状態」での水素結合距離はすでに求められています。
距離の記述がある教科書を見つけました.
タンパク質の構造と機能(2005)MEDISiによると,水素と共有結合してる陰性原子とヘテロ原子の距離が<3.5 Aであれば,これらの原子間には水素結合が形成されていると考えることができる,そうです.

お礼日時:2010/07/01 17:30

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