第十章次级键及超分子结构化学ppt课件

1、第十章 次级键及超分子构造化学目 录v10.1价键和键的强度v10.2氢键v10.3非氢键型次级键v10.4范德华力和范德华半径v10.5分子的外形和大小v10.6超分子构造化学10.1价键和键的强度价键和键的强度v什么是次级键什么是次级键?v 次级键是除共价键、离子键和金属次级键是除共价键、离子键和金属键以外，其他各种化学键的总称；键以外，其他各种化学键的总称；涉及：涉及： 分子间和分子内基团间的相互作用、分子间和分子内基团间的相互作用、 超分子、各种分子组合体和聚集体的构超分子、各种分子组合体和聚集体的构造和性质、造和性质、 生命物质内部的作用等等。生命物质内部的作用等等。次级键是次级键是

2、21世纪化学键研讨的主要课题。世纪化学键研讨的主要课题。主要内容：主要内容： 经过键价实际，利用阅历规律，根据由经过键价实际，利用阅历规律，根据由实验测定数据，定量地计算各种键的键价，实验测定数据，定量地计算各种键的键价，以了解键的性质；以了解键的性质； 讨论氢键、非氢键型次级键和范德华力；讨论氢键、非氢键型次级键和范德华力； 讨论和次级键亲密相关的、有关分子的外讨论和次级键亲密相关的、有关分子的外形和大小以及超分子构造化学。形和大小以及超分子构造化学。v 键长是键的强弱的一种量键长是键的强弱的一种量v L.Pauling L.Pauling提出的方程：提出的方程：v dn=d1-60 log

3、ndn=d1-60 logn式中式中 dn - dn - 键数小于键数小于1 1的分数键的键长的分数键的键长v n - n - 键数键数 d1 - d1 - 同类型的单键的键长，单位为同类型的单键的键长，单位为pmpm。v在离域在离域键中，键级不等于键数的情况：键中，键级不等于键数的情况： dndn=d1-71 logn=d1-71 logn式中式中 n n为键级。为键级。v例如，知例如，知HFHF单键键长为单键键长为92pm92pm，在对称氢键正，在对称氢键正FHFHFF中，中，HFHF间的键级为间的键级为0.50.5，那么键长为：，那么键长为： dn dn92pm92pm一一(71pm)l

4、og(0.5)(71pm)log(0.5)113pm113pm这和实验测定的键长值完全吻合。这和实验测定的键长值完全吻合。键价实际键价实际(bond valence theory)： 为了讨论键长和键价的关系，为了讨论键长和键价的关系，IDBrown等根据化学等根据化学键的键长是键的强弱的一种量度的观念，根据大量积累的键的键长是键的强弱的一种量度的观念，根据大量积累的键长实验数据，归纳出键长和键价的关系，提出键价实际，键长实验数据，归纳出键长和键价的关系，提出键价实际，它是了解键的强弱的一种重要方法。它是了解键的强弱的一种重要方法。 键价实际以为由特定原子组成的化学键：键价实际以为由特定原子组

5、成的化学键： 键长值小、键强度高、键价数值大；键长值小、键强度高、键价数值大； 键长值大，键强度低、键价数值小键长值大，键强度低、键价数值小键价实际的中心内容有两点：键价实际的中心内容有两点： (1)经过经过i、j两原子间的键长两原子间的键长rij计算这两原子间的键价计算这两原子间的键价Sij： Sij = exp ( R0 - rij ) / B 或或 Sij = ( rij / R0 )- N式中式中R0和和B是和原子种类及价态有关的阅历常数。是和原子种类及价态有关的阅历常数。计算时留意：由于表达公式不同，两式的计算时留意：由于表达公式不同，两式的R0值不同值不同) 。 (2)键价和规那么

6、：键价和规那么： 每个原子所连诸键的键价之和等于该原子的原子价。每个原子所连诸键的键价之和等于该原子的原子价。 这一规那么为键价实际的合理性提供了根据，并加深对键的这一规那么为键价实际的合理性提供了根据，并加深对键的强弱和性质等构造化学内容的了解。强弱和性质等构造化学内容的了解。将键价实际运用于计算分子的键价或键长举例：将键价实际运用于计算分子的键价或键长举例：例例1：实验测定磷酸盐的：实验测定磷酸盐的PO43-基团的基团的PO键键长值为键键长值为153.5pm，试计算，试计算PO键的键价及键的键价及P原子的键价和。原子的键价和。解：解： 查表，将有关数据代入公式，得查表，将有关数据代入公式，

7、得 即即PO43-中每个中每个PO键的键价和为键的键价和为4 x 1.25=5.00，这和，这和PO43-中中P原子的价态一致。原子的价态一致。25. 1222. 0exp375 .1537 .161exppmpmpmS为何每个为何每个PO键的键价键的键价1.25 ?例例2：MgO晶体具有晶体具有NaCl型的构造，试根据表的数据，估型的构造，试根据表的数据，估算算MgO间的间隔和间的间隔和Mg2+的离子半径的离子半径(按按O2-的离子半径的离子半径为为140pm，Mg2+和和O2-的离子半径之和即为的离子半径之和即为MgO间的间的间隔计算间隔计算)。解：解： MgO中的镁是中的镁是+2价，价，

8、Mg2+周围有周围有6个间隔相等的个间隔相等的O2-。按键价和规那么，每个键的键价。按键价和规那么，每个键的键价(S)为为260.333。由表查得由表查得R0169.3pm，得：，得：Mg2+的离子半径为的离子半径为 210pm - 140pm = 70pm pmrpmrpmpmrpmS21010. 1373 .16910. 1exp333. 0333. 0373 .169exp例例3： 在冰中每个水分子都按四面体方式构成在冰中每个水分子都按四面体方式构成2个个OHO及及2个个OHO氢键氢键的键长经过实验测定为氢键氢键的键长经过实验测定为276pm，其中其中OH 96pm，OH 180pm，试

9、求这两种键长值相应的，试求这两种键长值相应的键价，以及键价，以及O和和H原子周围的键价和。原子周围的键价和。解：解： 按式及表所列数据，可得按式及表所列数据，可得 OH键键价：键键价：S(9687)-2.2 0.80 OH键键价：键键价：S(18087) -2.2 0.20所以在冰中所以在冰中O原子和原子和H原子周围键价的分布如下：原子周围键价的分布如下： O原子周围的键价和为原子周围的键价和为2，H原子的键价和为原子的键价和为1，符合键价和，符合键价和规那么。规那么。 OHHHH0.200.200.200.200.800.80 氢键表示方式：氢键表示方式：XHY XH： 键的电子云趋向高电负

10、性的键的电子云趋向高电负性的X原子，导致出现原子，导致出现屏蔽小的带正电性的氢原子核，它剧烈地被另一个高电负屏蔽小的带正电性的氢原子核，它剧烈地被另一个高电负性的性的Y原子所吸引。原子所吸引。 X，Y通常是通常是F，O，N，C1等原子，以及按双键或三重等原子，以及按双键或三重键成键的碳原子。例如：键成键的碳原子。例如： 氢键键能介于共价键和范德华作用能之间。氢键键能介于共价键和范德华作用能之间。C H OC H NC H OC H N氢键对物质性质的影响的缘由：氢键对物质性质的影响的缘由：1 1构成最多氢键原理：由于物质内部趋向于尽能够多地构成最多氢键原理：由于物质内部趋向于尽能够多地生成氢键

11、以降低体系的能量；生成氢键以降低体系的能量；2 2由于氢键键能小，它的构成和破坏所需求的活化能也由于氢键键能小，它的构成和破坏所需求的活化能也小，加上构成氢键的空间条件比较灵敏，在物质内部分子间小，加上构成氢键的空间条件比较灵敏，在物质内部分子间和分子内不断运动变化的条件下，氢键仍能不断地断裂和构和分子内不断运动变化的条件下，氢键仍能不断地断裂和构成，在物质内部坚持一定数量的氢键结合。成，在物质内部坚持一定数量的氢键结合。 氢键的构成对物质的各种物理化学性质都会发生深化的影氢键的构成对物质的各种物理化学性质都会发生深化的影响，在人类和动植物的生理生化过程中也起非常重要的作用。响，在人类和动植物

12、的生理生化过程中也起非常重要的作用。10.2.1 氢键的几何形状氢键的几何形状氢键的几何形状可用氢键的几何形状可用R，rl，r2，等参数表示。有等参数表示。有以下特点：以下特点：(1)大多数氢键大多数氢键XHY是不对称的。是不对称的。(2)氢键氢键XHY可以为直线形，也可为弯曲形。可以为直线形，也可为弯曲形。(3)X和和Y间的间隔作为氢键的键长，好像一切其他间的间隔作为氢键的键长，好像一切其他的化学键一样，键长越短，氢键越强。当的化学键一样，键长越短，氢键越强。当XY间间间隔缩短时，间隔缩短时，XH的间隔增长。极端的情况是对的间隔增长。极端的情况是对称氢键，这时称氢键，这时H原子处于原子处于X

13、Y间的中心点，是最强间的中心点，是最强的氢键。的氢键。 10.210.2氢键氢键(4)氢键键长的实验测定值要比氢键键长的实验测定值要比XH共价键键长加上共价键键长加上H原原子和子和Y原子的范德华半径之和要短。原子的范德华半径之和要短。例如，例如，OHO 276pm，OH 109pm HY 260pm总和总和 369pm XYHr Rr12(5)氢键氢键XHY和和YR键间构成的角度键间构成的角度，处于，处于100140间。间。 (6)在通常情况下，氢键中在通常情况下，氢键中H原子是二配位，但在有些氢键原子是二配位，但在有些氢键中中H原子是三配位或四配位。原子是三配位或四配位。 (7)在大多数氢键

14、中，在大多数氢键中， Y上的孤对电子只与一个上的孤对电子只与一个H原子相连，原子相连，但是也有许多例外。在氨晶体中，每个但是也有许多例外。在氨晶体中，每个N原子的孤对电子原子的孤对电子接受分属其他氨分子的接受分属其他氨分子的3个个H原子，在尿素晶体中，每个原子，在尿素晶体中，每个O原子同样地接受原子同样地接受4个个H原子。原子。 X H YR C C C C C对有机化合物中构成氢键的条件，可归纳出假设干要对有机化合物中构成氢键的条件，可归纳出假设干要点：点： (1)一切适宜的质子给体和受体都能用于构成氢键一切适宜的质子给体和受体都能用于构成氢键 (2)假设分子的几何构型适宜于构成六元环的分子

15、内假设分子的几何构型适宜于构成六元环的分子内氢键，那么构成分子内氢键的趋势大于分子间氢键。氢键，那么构成分子内氢键的趋势大于分子间氢键。 (3)在分子内氢键构成后，剩余的适宜的质子给体和在分子内氢键构成后，剩余的适宜的质子给体和受体相互间会构成分子间氢键。受体相互间会构成分子间氢键。 1022 氢键的强度氢键的强度对氢键电子本性的研讨阐明它涉及共价键、离对氢键电子本性的研讨阐明它涉及共价键、离子键和范德华作用等广泛的范围。非常强的氢子键和范德华作用等广泛的范围。非常强的氢键像共价键，非常弱的氢键接近范德华作键像共价键，非常弱的氢键接近范德华作用大多数氢键处于这两种极端形状之间。除用大多数氢键处

16、于这两种极端形状之间。除了普通的定义外，还利用测定物质性质的方法了普通的定义外，还利用测定物质性质的方法把出现效应的大小和氢键的强弱联络起来，并把出现效应的大小和氢键的强弱联络起来，并为强弱氢键的区分提供数据，如表所示。为强弱氢键的区分提供数据，如表所示。 氢键强弱的主要判据是氢键强弱的主要判据是XY键长及键能。键长及键能。对弱氢键所给的范围较大。对弱氢键所给的范围较大。对于键能，是指下一解离反响的焓的改动量对于键能，是指下一解离反响的焓的改动量H： XHYXH+Y对少数非常强的对称氢键对少数非常强的对称氢键OHO和和FHF，H值超越值超越100 kJmol-1。在。在KHF2中，中，FHF氢

17、键的氢键的H值到达值到达212kJmo1-1， H原子正处在两个原子正处在两个F原子原子的中心点，是迄今察看到的最强氢键的中心点，是迄今察看到的最强氢键在冰在冰-Ih中，中，OHO氢键键能为氢键键能为25kJmol-1，它是以下相互，它是以下相互作用的结果：作用的结果： (1)静电相互作用：这一作用可由下式表示，它使静电相互作用：这一作用可由下式表示，它使HO间的间的间隔缩短间隔缩短 (2)离域或共轭效应：离域或共轭效应：H原子和原子和O原子间的价层轨道相互叠加原子间的价层轨道相互叠加所引起，它包括所引起，它包括3个原子。个原子。 (3)电子云的推斥作用：电子云的推斥作用：H原子和原子和O原子

18、的范德华半径和为原子的范德华半径和为260pm，在氢键中，在氢键中HO间的间隔趋于间的间隔趋于180pm之内，这样将之内，这样将产生电子产生电子-电子推斥能。电子推斥能。 (4)范德华作用：好像一切分子之间的相互吸引作用，提供能范德华作用：好像一切分子之间的相互吸引作用，提供能量用于成键，但它的效应相对较小。量用于成键，但它的效应相对较小。 +_(1)静电能静电能-33.4(2)离域能离域能-34.1(3)推斥能推斥能+41.2(4)范德华作用能范德华作用能-1.0总能量总能量-27.3能量奉献方式能量奉献方式能量能量/(kjmol-1)实验测定值实验测定值-25.0有关有关OHO体系的能量：

19、体系的能量：10.2.3 冰和水中的氢键冰和水中的氢键v 水分子具有弯曲形构造，水分子具有弯曲形构造，v OH OH键长键长95.72pm95.72pm，HOHHOH键角键角104.52104.52，v OH OH键和孤对电子构成四面体构型的分布；键和孤对电子构成四面体构型的分布；v 水是级性分子，分子偶级矩水是级性分子，分子偶级矩=6.17=6.1710-30Cm10-30Cm。v 水在不同的温度和压力条件下，可干净结晶成多种水在不同的温度和压力条件下，可干净结晶成多种构外型式的冰，知冰有构外型式的冰，知冰有1111种晶型。种晶型。v 日常生活中接触到的雪、霜、自然界的冰和各种商品日常生活中

20、接触到的雪、霜、自然界的冰和各种商品的冰都是冰的冰都是冰-Ih.-Ih.冰冰-Ih-Ih，是六方晶系晶体，它的晶体构造示，是六方晶系晶体，它的晶体构造示于以下图于以下图00时，六方晶胞参数为：时，六方晶胞参数为：a a452.27pm452.27pm，c c736.71pm736.71pm；晶胞中包含；晶胞中包含4 4个个H2OH2O分子，空间群为分子，空间群为D46hD46hP63/mmcP63/mmc；其密度为；其密度为0.9168gcm-30.9168gcm-3冰冰-Ih-Ih中平行于六重轴方向的中平行于六重轴方向的OHOOHO的间隔为的间隔为2752752pm2pm，而其他而其他3 3

21、个为个为2762765pm5pm，OOOOOO接近于接近于109.5109.5。OHOOHO氢键中，氢键中，H H原子处在原子处在OOOO连线的附近，不是处在连线的附近，不是处在连线上；连线上；出现出现OHOOHO和和OHOOHO两种方式。氢原子的无序分布，两种方式。氢原子的无序分布，这两种方式相等。正是由于氢这两种方式相等。正是由于氢原子的无序统计分布，提高了原子的无序统计分布，提高了冰冰-Ih-Ih的对称性，使它具有的对称性，使它具有D6hD6h点群的对称性。点群的对称性。 当温度升高冰熔化为水，这时大约有当温度升高冰熔化为水，这时大约有1515的氢键断裂，冰的空阔的氢键的氢键断裂，冰的空

22、阔的氢键体系瓦解，冰的体系瓦解，冰的“碎片部分环化成堆积密度较大的多面体，如五角十碎片部分环化成堆积密度较大的多面体，如五角十二面体。二面体。水中存在的多面体不是完好独立地存在，而是包含不完好的、相互衔接水中存在的多面体不是完好独立地存在，而是包含不完好的、相互衔接的、并不断改动结合型式呈动态平衡的氢键体系。这种转变过程促使分的、并不断改动结合型式呈动态平衡的氢键体系。这种转变过程促使分子间堆积较密，体积减少，密度添加。子间堆积较密，体积减少，密度添加。另一方面，温度上升，热运动加剧，使密度减小。两种影响密度的相反另一方面，温度上升，热运动加剧，使密度减小。两种影响密度的相反要素，导致水在要素

23、，导致水在44时密度最大。冰、水和水蒸气时密度最大。冰、水和水蒸气( (或称汽或称汽) )三者间热学三者间热学性质存在如下关系，由此也正好阐明水中水分子间由大量氢键结合在一性质存在如下关系，由此也正好阐明水中水分子间由大量氢键结合在一同。同。 10.2.4 氢键和物质的性能氢键和物质的性能1物质的溶解性能物质的溶解性能 水是运用最广的极性溶剂。汽油、煤油等水是运用最广的极性溶剂。汽油、煤油等是典型的非极性溶剂，通称为油。是典型的非极性溶剂，通称为油。溶解性质可用溶解性质可用“类似相溶原理表达：类似相溶原理表达： 构造类似的化合物容易相互混溶，构造相差构造类似的化合物容易相互混溶，构造相差很大的

24、化合物不易互溶。很大的化合物不易互溶。“构造二字主要有两层含义：构造二字主要有两层含义：(1)指物质结名在一同所依托的化学键型式，指物质结名在一同所依托的化学键型式，对于由分子结合在一同的物质，主要指分子对于由分子结合在一同的物质，主要指分子间结合力方式；间结合力方式；(2)指分子或离子、原子的相对大小以及离子指分子或离子、原子的相对大小以及离子的电价。的电价。 水分子既可为生成氢键提供水分子既可为生成氢键提供H，又能有孤对电子接受，又能有孤对电子接受H。氢键。氢键是水分子间的主要结合力。是水分子间的主要结合力。对于溶质分子，凡能为生成氢键提供对于溶质分子，凡能为生成氢键提供H与接受与接受H者

25、，均和水类者，均和水类似，例如似，例如ROH、RCOOH、Cl3CH、R2CO、RCONH2等等等，均可经过氢键和水结合，在水中溶解度较大。等，均可经过氢键和水结合，在水中溶解度较大。油分子不具极性，分子间依托较弱的范德华力结合。而不具油分子不具极性，分子间依托较弱的范德华力结合。而不具极性的碳氢化合物，不能和水生成氢键，在水中溶解度很小。极性的碳氢化合物，不能和水生成氢键，在水中溶解度很小。在同一类型的溶质分子中，如在同一类型的溶质分子中，如ROH，随着，随着R基团加大，在水基团加大，在水中溶解度越来越小。中溶解度越来越小。 从热力学分析，从热力学分析，G=H - TSG=H - TS，自发

26、进展的过程自在焓，自发进展的过程自在焓减少。减少。假设溶质和溶剂类似，溶质和溶剂分子间相互作用能和原来假设溶质和溶剂类似，溶质和溶剂分子间相互作用能和原来溶质、溶剂单独存在时变化不大，溶质、溶剂单独存在时变化不大，HH不大，故易互溶。不大，故易互溶。假设溶质和溶剂差别很大，例如水和苯，当苯分子进入水内，假设溶质和溶剂差别很大，例如水和苯，当苯分子进入水内，会破坏原来水内部分子间较强的氢键，同时也破坏原来苯分会破坏原来水内部分子间较强的氢键，同时也破坏原来苯分子间的较强的色散力，而代之以水和苯分子间的诱导力。这子间的较强的色散力，而代之以水和苯分子间的诱导力。这种诱导力在分子间作用力中占的比重较

27、小，故种诱导力在分子间作用力中占的比重较小，故HH变成较大变成较大的正值，超越的正值，超越TSTS项，项，GG成为正值，使溶解不能进展，所成为正值，使溶解不能进展，所以水和苯不易互溶以水和苯不易互溶. . 丙酮、二氧六环烷、四氢呋喃等，既能接受丙酮、二氧六环烷、四氢呋喃等，既能接受H H和和H2OH2O分子生成分子生成氢键，又有很大部分和非极性的有机溶剂类似，所以它们能氢键，又有很大部分和非极性的有机溶剂类似，所以它们能与水和油等多种溶剂混溶与水和油等多种溶剂混溶. .温度升高，温度升高，TSTS项增大，互溶度普通也增大。项增大，互溶度普通也增大。2物质的熔沸点和气化焓物质的熔沸点和气化焓分子

28、间作用力愈大的液态和固态物质愈不易气化，其沸点愈高，分子间作用力愈大的液态和固态物质愈不易气化，其沸点愈高，气化焓愈大。气化焓愈大。熔化过程也需抑制部分分子间作用力，但因影响熔点和熔化熔化过程也需抑制部分分子间作用力，但因影响熔点和熔化焓的要素较多，其规律性不如沸点和气化焓明显。焓的要素较多，其规律性不如沸点和气化焓明显。构造类似的同系物质，假设系非极性分子，色散力是分子间构造类似的同系物质，假设系非极性分子，色散力是分子间的主要作用力；随着相对分子质量增大，极化率增大，色散的主要作用力；随着相对分子质量增大，极化率增大，色散力加大，熔沸点升高。力加大，熔沸点升高。假设分子间存在氢键，结合力较

29、色散力强，会使熔沸点显著假设分子间存在氢键，结合力较色散力强，会使熔沸点显著升高。升高。分子间生成氢键，熔点、沸点会上升；分子间生成氢键，熔点、沸点会上升；分子内生成氢键，普通熔、沸点要降低。例如邻硝基苯酚生分子内生成氢键，普通熔、沸点要降低。例如邻硝基苯酚生成分子内氢键，熔点为成分子内氢键，熔点为45，而生成分子间氢键的间位和对，而生成分子间氢键的间位和对位硝基苯酚，其熔点分别为位硝基苯酚，其熔点分别为96和和114。3粘度和外表张力粘度和外表张力分子间生成氢键，粘度会增大，例如甘油和浓硫酸等都是粘分子间生成氢键，粘度会增大，例如甘油和浓硫酸等都是粘度较大的液体。度较大的液体。水的外表张力很

30、高，其根源也在于水分子间的氢键。水的外表张力很高，其根源也在于水分子间的氢键。物质外表能的大小和分子间作用力大小有关，由于外表分子物质外表能的大小和分子间作用力大小有关，由于外表分子遭到的作用力不均匀，能量较高，有使外表自动减少的趋势。遭到的作用力不均匀，能量较高，有使外表自动减少的趋势。某些液态物质外表能的数值列于下表：某些液态物质外表能的数值列于下表：液态物质液态物质水水苯苯丙酮丙酮乙醇乙醇乙醚乙醚外表能外表能 1 0 - 7 J cm-172.828.923.322.617.1假设加外表活性剂破坏外表层的氢键体系就可降低外表能。假设加外表活性剂破坏外表层的氢键体系就可降低外表能。10.

31、2. 5 氢键在生命物质中的作用氢键在生命物质中的作用生命物质由蛋白质、核酸、碳水化合物、脂类生命物质由蛋白质、核酸、碳水化合物、脂类等有机物以及水和无机盐组成。各组分都有其等有机物以及水和无机盐组成。各组分都有其特殊的生命功能，水起着溶剂作用，许多生化特殊的生命功能，水起着溶剂作用，许多生化反响在水环境中进展。这些物质结合在一同具反响在水环境中进展。这些物质结合在一同具有生命的特性，氢键在其中起关键的作用。例有生命的特性，氢键在其中起关键的作用。例如蛋白质和核酸中的氢键：如蛋白质和核酸中的氢键：蛋白质是由一定序列的氨基酸缩合构成的多肽蛋白质是由一定序列的氨基酸缩合构成的多肽链分子，它富含构成

32、氢键结合的才干。链分子，它富含构成氢键结合的才干。在多肽主链中的在多肽主链中的NHNH作作为质子给体，为质子给体， 作为质子受体，作为质子受体，相互构成氢键相互构成氢键NHONHO，决议了蛋白质的二级构造，决议了蛋白质的二级构造，右图示出右图示出-螺旋构造中的螺旋构造中的氢键。氢键。C O氨基酸侧链基团中的又可作质子给体或质子受体，相互构成氨基酸侧链基团中的又可作质子给体或质子受体，相互构成氢键，影响蛋白质的立体构造和功能。底物经过准确定向的氢键，影响蛋白质的立体构造和功能。底物经过准确定向的氢键和酶结合，进展生物催化作用，氢键在其中起了重要的氢键和酶结合，进展生物催化作用，氢键在其中起了重要

33、的作用。作用。核酸分成两大类：脱氧核糖核酸核酸分成两大类：脱氧核糖核酸(DNA)(DNA)和核糖核酸和核糖核酸(RNA)(RNA)。前。前者是遗传信息的携带者，后者在生物体内蛋白质的合成中起者是遗传信息的携带者，后者在生物体内蛋白质的合成中起重要作用重要作用DNADNA双螺旋构造确实立，是双螺旋构造确实立，是2020世纪自然科学最伟世纪自然科学最伟大的发现之一。大的发现之一。DNADNA由两条多核苷酸链组成，链中每个核苷由两条多核苷酸链组成，链中每个核苷酸含有一个戊糖、一个磷酸根和一个碱基。碱基分两类：一酸含有一个戊糖、一个磷酸根和一个碱基。碱基分两类：一类为双环的嘌呤，包括腺嘌呤类为双环的嘌

34、呤，包括腺嘌呤(adenine(adenine，A)A)和鸟嘌呤和鸟嘌呤(guanine(guanine，G)G)；一类为单环的嘧啶，包括胸腺嘧啶；一类为单环的嘧啶，包括胸腺嘧啶(thymine(thymine，T)T)和胞嘧啶和胞嘧啶(cytosine(cytosine，C)C)。 在在RNARNA中不含胞嘧啶，而代之为尿嘧啶中不含胞嘧啶，而代之为尿嘧啶(uracil(uracil，U)U)戊糖戊糖分子上第分子上第1 1位碳原子与一个碱基结合，构成核苷。假设戊位碳原子与一个碱基结合，构成核苷。假设戊糖是脱氧核糖，构成脱氧核糖核苷；假设戊糖是核糖，构糖是脱氧核糖，构成脱氧核糖核苷；假设戊糖是核

35、糖，构成核糖核苷。成核糖核苷。DNADNA中磷酸根上两个中磷酸根上两个O O原子分别和两个脱氧核原子分别和两个脱氧核糖核苷上的糖核苷上的5 5位和位和3 3位的位的C C原子相连生长链。两链的碱基原子相连生长链。两链的碱基相互经过氢键配对。相互经过氢键配对。A A和和T T间构成两种碱基，间构成两种碱基，G G和和C C间构成三间构成三个氢键，如下图。由于构成氢键的要求，这种配对是互补个氢键，如下图。由于构成氢键的要求，这种配对是互补的、专注的，而不可替代的，称为碱基互补配对。的、专注的，而不可替代的，称为碱基互补配对。DNADNA双双链构造中，链构造中，A A和和T T两种碱基的数量一样，两

36、种碱基的数量一样，G G和和C C数量也一样。数量也一样。由于碱基配对的要求，两条链的走向相反。由于碱基配对的要求，两条链的走向相反。 DNA中两条长链分子因空间构造的要求，相互构成右手中两条长链分子因空间构造的要求，相互构成右手螺旋的构造。它好似一个螺旋梯子，磷酸根和戊糖构成梯螺旋的构造。它好似一个螺旋梯子，磷酸根和戊糖构成梯子两侧的扶架，碱基对像梯子的踏板，碱基间间隔子两侧的扶架，碱基对像梯子的踏板，碱基间间隔o.34Dm，每个螺旋周期含，每个螺旋周期含10对碱基，周期长对碱基，周期长3.4nm，如，如上上(b)图所示。图所示。 10.3非常规氢键非常规氢键常规的氢键常规的氢键XHY是在一

37、个质子给体是在一个质子给体(例例如一个如一个OH或或NH基团基团)和一个质子受体和一个质子受体原子原子(例如带有孤对电子的例如带有孤对电子的O或或N原子原子)之间之间构成。构成。X和和Y都是都是F、O、N、C1或或C等电等电负性较高的原子。近年来，发现了几种不负性较高的原子。近年来，发现了几种不属于上述常规氢键的体系，现分述如下：属于上述常规氢键的体系，现分述如下： 1XH 氢键氢键 在在XH氢键中，氢键中，键或离域键或离域键体系作为质子的受键体系作为质子的受体。体。 由苯基等芳香环的离域由苯基等芳香环的离域键构成的键构成的XH氢键芳香氢键芳香氢键氢键aromatic hydrogen bond)，多肽链中的，多肽链中的NH与水与水的的OH，它们和苯基构成的，它们和苯基构成的NH和和OH在多肽在多肽构造以及生物体系中是非常重要的，它对稳定多肽链的构构造以及生物体系中是非常重要的，它对稳定多肽链的构象将起重要作用。根据计算，理想的象将起重要作用。根据计算，理想的NHPh氢键的键氢键的键能值约为能值约为12kJmol-1。知多肽链内部。知多肽链内部NHPh氢键的结氢键的结合方式有合方式有下面两种：下面两种： CNHOCCCCOCNHNNCCCHH2