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一、沸点、熔点与溶解度

沸点与熔点：分子间氢键的存在，意味着在物质发生相变（如从液态到气态）时，除了需要克服范德华力，还必须提供额外的能量来破坏这些氢键网络。

因此，能够形成氢键的分子（如水、乙醇、氨）通常比分子量相近但不能形成氢键的分子（如甲烷、乙烷）具有异常高的熔点和沸点。分子内氢键因不参与分子间相互作用，可能降低熔点。

图1氢键对不同周期共价氢化物沸点的影响

溶解度：俗称的“相似相溶”原理在很大程度上是由氢键主导的。一个物质能否溶于某种溶剂，取决于溶质-溶剂间的相互作用能否补偿破坏溶质-溶质和溶剂-溶剂间相互作用所需的能量。

当溶质分子能够与溶剂分子形成氢键时，其溶解度通常会显著增加。例如，低级醇和糖类因含有大量羟基能与水形成氢键，故在水中具有良好的水溶性。反之，氢键能力也影响着脂溶性，是药物分子设计中评估其穿膜能力的重要参数。

氢键对分子酸碱性的影响是通过稳定或去稳定分子及其共轭酸/碱来实现的。

增强酸性：当一个酸（HA）失去质子（H⁺）形成其共轭碱（A⁻）时，如果A⁻能够通过分子内或与溶剂分子形成氢键而得到额外的稳定性，那么这个去质子化的过程就更容易发生，从而使得母体酸HA的酸性增强（即pKa值降低）。

图2 （a、b）水杨酸的两种构象，其中a的苯酚OH和COOH形成分子内氢键，b不形成氢键（c）阿司匹林（乙酰水杨酸）不形成氢键

调控质子转移：在酸碱反应和催化过程中，氢键网络扮演着“质子导线”的角色，促进质子的快速转移。氢键的形成、断裂和重排是许多酶催化反应中质子转移步骤的核心机制。

图3 氢键网络的作用示意图。

影响反应速率：通过与反应物、中间体或过渡态形成氢键，可以改变它们的能量。如果氢键能够选择性地稳定过渡态，它将有效降低反应的活化能，从而加速反应，这是一种重要的催化模式，被称为氢键催化。

图14 在光催化CO₂RR过程中，氢键网络对H₂生成的影响。

控制反应选择性：氢键的方向性可以用来“固定”反应物的构象或引导试剂从特定的方向进攻，从而实现对反应区域选择性或立体选择性的控制。在不对称催化中，手性催化剂通过与底物形成特定的氢键网络，能够高效地诱导产物单一手性构型的生成。