12. Донорно-акцепторная связь. Водородная связь.

Донорно-акцепторная (координационная) связь - химическая связь, реализующаяся в комплексных соединениях, когда обладающие свободными электронными парами атомы (доноры) стремятся использовать их для связи с другими частицами, а не обладающие законченной электронной конфигурацией атомы (акцепторы) - пополнить свой внешний электронный слой путем использования чужих электронных пар. Если обе тенденции выражены достаточно сильно, то между атомами возникает связь за счет электронной пары донора.

Природа донорно-акцепторной связи не отличается от природы обычной полярной ковалентной связи. Отличие - лишь в происхождении связующей электронной пары: ковалентная связь формируется из неспаренных электронов каждого из взаимодействующих атомов ( ) , тогда как в случае донорно-акцепторной связи пара целиком поставляется одним из фрагментов, участвующих в связывании ( ).

Частным случаем донорно-акцепторной связи является водородная связь.

Водородная связь (водородный мостик, протонная связь, Н-связь) - слабая связь, возникающая в тех случаях, когда атом водорода, химически связанный с одним электроотрицательным атомом, удерживает вблизи себя другой электроотрицательный атом. Водородные связи возникают как на внутримолекулярном уровне (межатомные взаимодействия), так и на уровне создания межмолекулярных комплексов (межмолекулярные взаимодействия). Водородная связь имеет электростатическую природу. Водородная связь X—H···Y образуется вследствие притяжения между ковалентно связанным с X атомом водорода H, обладающим некоторым положительным зарядом (донор), и отрицательно заряженным ковалентно связанным акцепторным атомом Y. В биологических наиболее важных водородных связях (между пептидными группами, между гидроксильными группами, между карбоксильной группой и гидроксилом тирозина, между заряженной аминогруппой и заряженной карбоксильной группой) в качестве атома X чаще всего выступает кислород и азот. В качестве отрицательно заряженного акцептора также обычно выступают атомы азота и кислорода. Примеры водородных связей, встречающихся в биологических системах: O—H···N, O—H···O, N—H···O, N—H···N.

В отличие от вандерваальсова взаимодействия водородная связь чувствительна к направлению, особенно к направлению донорной группы. Обычно валентная связь донора смотрит на акцептор водородной связи. В наиболее прочных водородных связях атом водорода расположен по прямой, соединяющей донорный и акцепторный атомы. Водородные связи легче изгибаются и растягиваются, вследствие чего геометрия системы X—H···Y является непостоянной. Энергия водородной связи, расположенной под углом к ковалентной связи, выражается намного меньшей величиной.

Для водородных связей характерна низкая энергия и прочность их в 20-30 раз слабее ковалентных, но значительно прочнее вандерваальсовых. Благодаря водородным связям образуются вторичные и третичные структуры белков, образуются связи в двойных спиралях ДНК и т.д.