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氢键是指含有H 一F、H 一O 、H 一N ( H 一X ) 键的化合物通过它们分子中的氢原子与另一分子或同一分子中的F、O 、N ( 用Y 表示) 原子相结合而形成的结合力。氢键形成的原因是X ( F 、O 、N ) 元素的电负性很大, H 一X 键的极性很强, 共用电子对强烈偏向X 原子, 使氢原子几乎成了“ 裸露” 的质子。当原子半径较小, 带有孤对电子的Y ( F 、O 、N ) 原子充分接近H 原子时, 它们之间产生了静电作用, 形成了氢键。
氢键的形成对化合物的性质有显著影响。氢键包括分子间氢键和分子内氢键。这里仅就分子内氢键对有机化合物性质影响作如下论述。
1、 影响化合物的熔点、沸点和溶解度
例, 苯酚在室温下被稀硝酸硝化, 主要有以下两种产物:
由于羟基与硝基相距较近, 硝基上含有孤对电子的氧与羟基中裸露质子氢通过静电作用形成了氢键而构成所谓的鳌环。对硝基苯酚中则由于羟基与硝基相距较远, 不能在分子内形成氢键, 而分子间可通过氢键缔合。所以邻硝基苯酚的熔点、沸点较后者都低。
正因为邻硝基苯酚熔点低、挥发度高, 所以邻硝基苯酚可随水蒸汽蒸馏。再者, 邻硝基苯酚由于形成分子内氢键, 故不能很好地与水形成氢键, 所以在水中溶解度比后者低。
因此利用水蒸汽蒸馏就可以把两种异构分开。
2、对物质酸性的影响
分子内氢键的形成可影响化合物酸性的强弱, 如:
这说明邻羟基苯甲酸负离子中的一OH 、一COOH处于邻位, 彼此之间形成氢键, 使体系能量降低, 促使电离平衡向右移动。
显然对下列化合物酸性增强
酸性增强除了电子效应、空间效应等因素外, 分子内形成氢键的部位越多, 对酸性的影响越大。
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