LA LIAISON CHIMIQUE



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La liaison hydrogène

La liaison hydrogène ou pont hydrogène, est une liaison physique non covalente, de type dipôle-dipôle.
Elle est de basse intensité (de dix à vingt fois plus faible que liaison covalente classique) et relie des molécules en impliquant un
atome d'hydrogène, elle est à 90% électrostatique.
Bien que de la même famille que les forces de van der Waals, les liaisons hydrogène s'en distinguent par leur intensité :
leur énergie de liaison est environ cinq à dix fois supérieure à celle des forces de van der Waals. C'est donc un type de
liaison à part entière et généralement on ne la classe pas dans les liaisons de van der Waals.

Pour que cette liaison s'établisse, il faut être en présence d'un donneur de liaison hydrogène et d'un accepteur :
• le donneur est un composé à H acide, c'est-à-dire un hétéroatome (azote, oxygène, fluor) porteur d'un atome hydrogène
(comme dans les amines, alcools, thiols)
• l'accepteur est un hétéroatome (uniquement azote, oxygène ou fluor) porteur de doublets libres.

Lorsqu'une liaison hydrogène s'établit, les deux hétéroatomes se trouvent à une distance d'environ 200 pm.
Exemples : H
2O ... H−O−H ; −C=O ... H−O−H

Comme les liaisons de valence, la liaison hydrogène est directionnelle : elle s’aligne dans l’axe de la liaison de valence
qui lui est associée. Cette propriété permet d'avoir des architectures moléculaires très bien définies, comme dans
la glace ou dans l'eau à courte distance ou dans les molécules biologiques telles que les protéines ou l'ADN dont les deux
brins sont liés entre eux par des liaisons hydrogène.

L’énergie de formation de la liaison hydrogène est de l'ordre des énergies mises en jeu dans les fluctuation thermiques à
la température ambiante. Aussi, elles peuvent se tordre, se rompre ou se former à cette température.
Cette propriété donne aux architectures moléculaires assemblées par liaisons hydrogène, souplesse et possibilité
d'évoluer à la température ambiante, ce que ne peuvent faire les liaisons de valence, beaucoup trop énergétiques et
donc complètement rigides à cette même température. Or, cette souplesse et ces possibilités d'évolution sont
indispensables aux molécules
biologiques. C'est aussi cette souplesse de la liaison hydrogène et la grande polarité de la molécule d’eau qui vont,
par exemple, permettre à l'eau de construire autour d'un ion un écran de molécules H
2O souple, résistant et couvrant tout
l'espace autour de cet ion, l’empêchant de se combiner à nouveau avec des ions de signe opposé et le maintenant
"dissous" au sein de l'eau. 

    
     La liaison Hydrogène (comme on l'appelle plus couramment)
     augmente la cohésion inter-moléculaire et par exemple, la
     température d'ébullition de la substance qui présente cette liaison
     sera élevée.
     Autrement dit, il faudra plus d'énergie (par le biais de la chaleur)
     pour séparer les molécules les unes des autres. C'est le cas pour
     l'eau (H
2O), l'ammoniac (NH3), ou le fluorure d'hydrogène (HF)
     où la liaison X-H est tellement polarisée que les liaisons H qui
     s'établissent confèrent aux substances des points d'ébullition
     anormalement hauts (par rapport, par exemple, respectivement
     à H
2S, PH3 et HCl).



Caractéristiques principales de la liaison hydrogène :

• Seuls les atomes de petite taille et donneur de doublets pourront contracter des liaisons hydrogène (il faut s'approcher
suffisamment près
).
Ce seront essentiellement les atomes d'oxygène et d'azote.

• La formation et la rupture des liaisons hydrogène pourra s'effectuer à des températures proches de la température
ambiante car l'énergie de ces liaisons est faible (entre 10 et 40 kJ.mol-1) comparée à l'énergie des liaisons covalentes
(de l'ordre de 400 kJ.mol-1).

• Cette liaison a des conséquences importantes sur la géométrie des molécules biologiques (elle va jouer un rôle non
négligeable dans la structure et la réactivité des molécules biologiques, en particulier les protéines et les acides nucléiques
).
Les liaisons hydrogène sont en particulier responsables des structures en hélice des chaînes polypeptidiques
(liaisons hydrogène NH---O) des protéines et de l'ADN (liaisons hydrogène entre bases purique et pyrimidique des chaînes de
phosphate désoxyribose
).

Remarque : On peut décrire la liaison halogène (XB), qui est une liaison de nature proche de la liaison hydrogène (HB).
Elle s'établit entre les atomes d'halogènes électro déficients (appauvris en densité électronique), facilement polarisables
tels que l'iode (I) et le brome (Br) et les entités riches en densité électronique comme les dérivés azotés et oxygénés
(amines, éthers, amides, ...). Les applications pratiques et potentielles de la liaison halogène sont aussi vastes que celles
de son analogue, la liaison hydrogène.

La liaison halogène est une liaison de faible intensité qui peut se former entre un atome d'halogène déficient en densité
électronique (acide de Lewis : I > Br > Cl > F) et un autre atome riche en électron (base de Lewis : O = N > S).
On trouve un grand nombre d'exemples de liaisons halogènes dans les systèmes biologiques.
Par exemple, l'interaction entre la thyroxine (hormone sécrétée par la tyroïde) et son récepteur est du type liaison halogène.

 


Atomistique et liaison chimique                 La liaison chimique                   
Pr Robert Valls                                                                                                                                                        robert.valls@univ-amu.fr