kcal/mol)である。水素結合の長さは、結合の強さ、温度、圧力に依存している。誘電率などの環境に依存している。理想的な結合角度は水素結合供与体の性質に依存している。Winmillを挙げている[10]。MooreとWinmillは水素結合を、水酸化トリメチルアンモニウムが水酸化テトラメチルアンモニウムよりも弱い塩基であることを説明するために使用した。知られた状態である水における水素結合に関しては、少し遅れて1920年にウェンデル・ラティマーとウォース・ローデブッシュによって言及されている[11]。この論文において、ラティマーとローデブッシュは、彼らの研究室の研究員であるモーリス・ハギンズの未発表の成果を引用して、「未発表のいくつかの研究において本研究室のハギンズ氏は、ある有機化合物に関する理論として、2つの原子間の水素カーネルのアイデアを用いている。compounds."」と述べている[11]。水における水素結合[編集]六方晶系氷の結晶構造。灰色の点線が水素結合を示す。水分子間の水素結合のモデル。普遍的に、そしておそらく最も単純な水素結合の例は、水分子と水分子の間に見られる。個々の水分子には、2個の水素原子と1個の酸素原子が存在する。2つの分子しか存在しない最も単純な場合において、水2分子は1個の水素結合を形成できる。呼ばれ、しばしばモデルシステムとして用いられる。液体の水の場合のように、より多くの分子が存在する時は、水1分子の酸素原子は2つの非共有電子対を持ち、それぞれの非共有電子対が別の水分子の水素原子と1つの水素結合を形成できるため、より多くの水素結合を形成することが可能である。これが繰り返されることによって、図に示されているように、一つの水分子は4つまでの他分子と水素結合を形成できる。水素結合は氷の結晶構造に多大な影響を与えており、六方格子の構築に寄与している。氷の密度は同じ温度において水よりも小さく、故に、他のほとんどの物質とは異なり、水の固相状態は液体の水に浮く。液体の水の高い沸点は、低い分子量に比べて、それぞれの分子が多くの水素結合を形成できることが原因である。この水素結合ネットワークを壊すことが困難なため、水は他の水素結合を形成しない同様の液体と比較して、非常に高い沸点や融点、粘度を示す。水は、その酸素原子が2つの非共有電子対と2つの水素原子を持っているため、1つの水分子で4つまでの水素結合を形成できる点で特徴的である。フッ化水素は、フッ素原子が3つの非共有電子対と1つの水素原子を持っているが、水素結合を2つしか形成できない(アンモニアでは、3つの水素原子を持っているが1つの非共有電子対しかないという逆の問題がある)。H-F...H-F...H-F液体状態の水1分子が形成できる水素結合の厳密な数は、時間によって変動し、温度に依存する。oCにおけるシミュレーションでは、それぞれの水分子は平均して3.59個の水素結合に関与していると予測されている[12]。oCでは水素結合の平均数は3.69個に増加する[12]。oCにおける水素結合の数は2.357個とかなり少なく見積もられている[13]。この違いは、水素結合の定義と計測に異なる手法を用いているためではないかと考えられる。108分子中で1分子のみである。これが水の特異性の最も重要な部分である。水における二股状および過剰配位水素結合[編集]単一の水素原子は1つではなく2つの水素結合に関与することができる。これらは天然あるいは合成有機分子の複合体中に存在している[14]。二股状水素結合は、水の再配向に必須の段階であることが示唆されている[15]。タンパク質や核酸がとる三次元構造の決定にも重要な役割を果たしている。高分子は、同一の高分子中の異なる部分間の水素結合によって、高分子の生理学的あるいは生化学的役割を決定しているある特異的な形状へと折り畳まれる。DNAの二重螺旋構造は、一方の相補鎖ともう一方の鎖との間の塩基対の水素結合に大部分よっており、DNAの複製を可能にしている。タンパク質の二次構造では、主鎖の酸素原子とアミド結合の水素原子との間で水素結合が形成される。4の時は、αヘリックスが形成される。3のようにより短い時は、310ヘリックスが形成される。2つのペプチド鎖が水素結合によって会合する時は、βシートが形成される。水素結合は、Rグループの相互作用を通じて、タンパク質の四次構造の形成にも部分的に寄与している(フォールディングを参照)。ポリマーにおける水素結合[編集]パラ-アラミド構造セルロース鎖(Iαコンホメーション)。セルロース分子間の点線は水素結合を示す。多くのポリマーは、主鎖における水素結合によって強化されている。合成ポリマーの中では、最もよく知られた例はナイロンである。中で水素結合が存在し、物質の結晶化において主要な役割を果たしている。アミド反復単位中のカルボニル基とアミノ基の間で水素結合が形成される。これらは効果的に隣接した鎖を結び付け結晶を作り、物質の強化を助ける。この効果は、水素結合が直鎖を横方向に安定化しているアラミド繊維で最大である。鎖軸は、繊維軸に沿って整列し、繊維を極めて硬くかつ強くしている。水素結合はセルロースや、天然において様々な形で存在している木材や綿、亜麻などの天然繊維等のセルロース派生物の構造においても重要である。水素結合ネットワークは、天然および合成ポリマーを共に大気中の湿度のレベルに敏感にしている。これは、水分子が表面から拡散し、水素結合ネットワークを壊すためである。ナイロン11よりも感受性が高い。対称性を持つ水素結合は、プロトンが2つの同一の原子間のちょうど半分に位置している特別な水素結合のタイプである。それぞれの原子間の水素結合の強さは等しい。これは三中心四電子結合の一つの例である。このタイプの水素結合は「普通」の水素結合よりも強い。有効結合次数は0.5であり、共有結合に匹敵する強さがある。その他にも高圧下におけるフッ化水素酸や蟻酸などの無水の酸の固相状態において見られる。[F-H-F]−でも見られる。ギ酸において分光学的に観測されている。それぞれの水素原子は、1つではなく2つの原子と部分共有結合を形成している。2つのヘテロ原子間の距離が非常に小さい時に形成される。水素結合は、よく似た二水素結合と比較される。二水素結合もまた、水素原子が関与した分子間相互作用である。これらの構造は、X線結晶学によって明らかにされている[17]。二水素結合と通常の水素結合、イオン結合、共有結合との関係の理解については不明なままである。一般的に、水素結合は、非金属元素(窒素原子やカルコゲン類元素など)中の非共有電子対によるプロトン受容体によって特徴付けられる。ある場合においては、π結合や金属錯体がこれらのプロトン受容体になりうる。二水素結合では、しかしながら、金属ヒドリドがプロトンアクセプターとして働くことによって、水素-水素相互作用が形成される。これらの複合体での分子構造は、結合長が金属錯体/水素供与体系に非常に適応性があるという点において、水素結合と似ていることが、中性子回折法によって明らかにされている[17]。解釈から、水素結合は部分的に共有結合性があると証明した[18]。タンパク質における水素結合のいくつかのNMRデータも共有結合性を示している。一般的には、水素結合は2つあるいはそれ以上の分子間結合の距離依存的静電スカラー場として記述される。これは、共有結合やイオン結合における分子間束縛状態とは若干異なっている。相互作用エネルギーが合計すると負の値を取るため、水素結合は通常束縛状態の現象である。ライナス・ポーリングによって提唱された初期の水素結合理論では、水素結合が部分的に共有結合性を持っていることが示唆されている。CordierによってNMR法が適用され、水素結合した原子核の間で情報が転送されることが示されるまで論争の的であった[19][20][21]。この情報の移動は水素結合が共有結合性を含んでいる時にしか起きない。水における水素結合について多くの実験データが分子間距離のスケールや分子熱力学についてよい解答を与えたが、動的システムにおける水素結合の分子運動や動力学の性質については未解決のままである。水素結合による事象[編集]NH3、H2O、HFの、それぞれ対応する重アナログPH3、H2S、HClに比べて劇的に高い沸点。無水リン酸およびグリセロールの粘性の高さカルボン酸の二量体形成と、フッ化水素の六量体形成。気相においても起こり、理想気体の状態方程式からのズレが生じる。非極性溶媒中における水やアルコールの五量体形成アンモニアなど多くの化合物の水への高い溶解性フッ化水素と水の混合物の負の共沸NaOHの潮解は、OH−と湿気との反応による水素結合性H3O2−の形成に部分的に起因している。同様のプロセスは、NaNH2とNH3間、NaFとHFでも起こる。水素結合の存在は、ある特定の化合物の混合物において、物質の状態の通常の遷移に異常性を引き起こす。これらの化合物は、ある温度までは液体で存在し、次に温度が上昇しても固体となり、最後に温度が異常な中間段階を越えると再び液体となる[22]。水素結合をまさに結合させるために利用している。スマートラバーは、同一のポリマーの2つの表面の間でその場で水素結合が形成され、破れても「回復」する。ナイロンとセルロース繊維の強度ウールでは、タンパク質繊維が水素結合によって集合しており、延ばした時に戻る原因となる。高温で洗浄すると、この水素結合が永久に失われ、衣服の形が元に戻らなくなる。2011年3月13日閲覧。2011年3月13日閲覧。2011年3月13日閲覧。瀬戸サオリgooのお知らせあなたの好きなデザインテーマは1~12月までの季節感テーマのデザインや、環境活動に貢献できる緑のgooなど、好きなデザインテーマを設定しようgooをスタートページに設定しようタイムリーなニュースやメール、天気など、便利な情報が集約!地震や津波など防災情報もお知らせするgooトップページを設定しよう一番安い自動車保険は?《利用者800万人突破》最大21社に無料で一括見積もり。安くなった平均額は30,597円!goo電子書籍特集とある家庭のペットとして暮らす魔王と、その飼い主である少年の物語。水素結合についての問題です。今日からできる環境貢献。