2.9. Дисперсионное взаимодействие.

Дисперсионное или поляризационное взаимодействие наблюдается между молекулами, которые не обладают постоянным дипольным моментом. Они обусловлены внешними слабосвязанными электронами. Природа дисперсионных взаимодействий носит квантомеханический характер и является результатом появления линейных диполей, возникающих в результате движения электронов в молекулах, но обладающих постоянным дипольным моментом.

Энергия притяжения, обусловленная дисперсионными силами:

,

где  - частота колебаний (вращения) электрона; f - частотный фактор {сравним с моментом инерции}.

ТАБЛИЦА. Относительная роль разных видов сил ВВ для отдельных молекул.

Вещество	*1024 см3	Р [D]	Uор	Uинд*105 Дж	Uдисп
H	0.67	0.00	0.00	0.00	6.10
O2	1.51	0.00	0.00	0	39.80
H2O	1.48	1.84	190.00	10.00	47.00
NH3	2.24	1.50	84.00	10.00	70.00
HCl	2.63	2.63	19.00	5.40	111.00

Суммарное ВВ взаимодействие есть U_ориент+U_инд+U_{дисперс},и для полимеров составляет от 4 до 100 кДж/моль. Силы ВВ лежат в основе некоторых биоструктур и, в частности, биспиральных полинуклеотидов. Упаковка плоских молекул азотистых оснований в вертикальной пачке обеспечивается вертикальными взаимодействиями (стекинг), в которых сила ВВ вносит основной вклад.

2.10. Водородная связь и электростатические взаимодействия.

Наряду с силами Ван-дер-Ваальса, водородная связь и электростатические взаимодействия играют важнейшую роль в стабилизации макромолекулярных структур. В частности, водородная связь стабилизирует внутреннюю структуру полинуклеотидных цепей. Водородная связь осуществляется между атомом водорода одной молекулы и электроотрицательным атомом кислорода (О), азота (N), фтора (F), или хлора (Cl), принадлежащего другой молекуле (известны случаи образования и внутримолекулярных водородных связей). Природа водородной связи сложна и не сводится только к электростатическому притяжению, хотя оно и дает основной вклад в энергию водородной связи. Наряду с взаимодействиями Ван-дер-Ваальса и электростатическими силами, в энергию водородной связи (U_H) вносит вклад энергия делокализации (U_делок.) 2^-хэлектронов связи (А-Н) и неподеленной пары электронов другого атома. (А - какой-либо из 4^-хэлектроотрицательных элементов). Энергия делокализации приводит к тому, что длина связи уменьшается. Например, для димера муравьиной кислоты:

Для большинства полимеров энергия водородной связи оценивается:

U_н=_{Uэл/стат}+U_дисп+U_делок+U_отталк, =>

U=-25.2-12.6-33.6+35.3=-36.1 кДж/моль.

Как правило, для большинства биополимеров U_нсвязи лежит в пределах 1235 кДж/моль.

2.11. Физическая природа водородной связи.

Экспериментальные и квантомеханические исследования показывают, что потенциальная энергия водородной связи имеет вид асимметричной кривой с двумя минимумами, локализованными вблизи отрицательных атомов, между которыми протон совершает туннельные переходы.

Потенциальная энергия водородной связи, соответствующая локализации протона около 2-^х различных атомов азота.

Проявление водородной связи в спектрах, приводя к расширению инфракрасных полос поглощения А - Н групп, частоты колеблющихся групп, содержащих водородную связь, снижаются по отношению к их свободному состоянию.