3．对物质粘度和表面张力的影响

酸O₂S(OH)₂等多羟基化合物，由于分子间可形成众多的氢键，这些物质通常为粘稠状液体。

另外，分子内氢键对化合物粘度的影响与分子间氢键不同。存在分子内氢键的化合物相对于存在分子间氢键的化合物，其分子间作用力小，分子流动性变大，粘度变小。例如，邻羟基苯甲醛的粘度比对位异构体小。同理，在硝基苯酚和氯代苯胺的异构体中，也是邻位异构体的粘度小。

水的表面张力很大，其根源也在于水分子间的氢键。物质表面能的大小和分子间作用力大小有关，因为表面分子受到液体内部分子的吸引力，向液体内部挤压，能量较高，有使表面自动缩小的趋势。某些液态物质表面能的数值列于下表：

表中所列液态物质中，水的表面能最高，因为水分子之间有强的氢键作用。若加表面活性剂破坏表面层的氢键体系就可降低表面能，在工业生产中有着重要的意义。

4．影响物质的密度

物质分子间的作用力越大，分子排列越紧密，密度越大。直链烷烃分子随着碳原子数增多，分子间作用增大，密度变大。分子间的氢键也是一种分子间作用力，它对化合物的密度同样也产生影响。例如，醇能形成分子间氢键，分子之间的距离缩短，体积变小，因此低碳醇的密度比分子量相近的烷烃高。随着分子量的增加，烃基部分所占比例增加，阻碍了分子间氢键的形成，因此高碳醇密度与分子量相近的烷烃的差值逐渐减小。二元醇分子中含有两个羟基，它们形成氢键的能力更强，因此二元醇密度既比碳原子数相同的一元醇密度高，又比分子量相近的一元醇密度高。例如，乙二醇的密度是1.113g/cm³，比同碳数乙醇的密度（0.789 g/cm³）高，比分子量相近的丙醇的密度（0.804 g/cm³）也高。同理，丙二醇的密度(1,2-丙二醇和1，3-丙二醇分别是1.040 g/cm³和1.060 g/cm³)既比丙醇高，也比丁醇（0.810 g/cm³）高。丙三醇分子中含有三个能形成氢键的羟基，密度更高，为1.261 g/cm³。羧酸能形成强的氢键，羧酸的密度比相应的烷烃和醚高，比相应的醇也大。伯胺和仲胺能形成分子间氢键，叔胺则不能，因此在分子和形状相近的伯、仲和叔胺中，伯胺密度最大，叔胺最小。类似的例子还有很多，不再一一列举。

液体分子间若形成氢键，有可能发生缔合现象。例如液态HF，在通常条件下，除了正常简单的HF分子外，还有通过氢键联系在一起的复杂分子(HF)n ：

n HF (HF)n ，其中n可以是2，3，4……。这种由若干个简单分子联成复杂分子而又不会改变原物质化学性质的现象，称为分子缔合。H2O分子之间也有缔合现象。n H2O (H2O)n   常温下液态水中除了简单H2O分子外，还有(H2O)2，(H2O)3，…，(H2O)n等缔合分子存在。降低温度，有利于水分子的缔合。温度降至0℃时，全部水分子结成巨大的缔合物──冰。分子缔合的结果会影响物质的密度。

5．对有机化合物酸性的影响

氢键对有机化合物酸性的影响主要表现在对醇、羧酸的酸性影响。醇从某种意义上讲是一种酸，其酸性比水弱。氢键在稳定烷氧基负离子方面起着非常重要作用。烷氧基负离子因与醇形成氢键而得到稳定，使其酸性增强。如果烷氧基负离子能够与溶剂形成分子间氢键，也将使醇的酸性增强。在质子溶剂如水中，醇的酸性强弱与在非质子溶剂如二甲亚砜中的酸性强弱是不同的。某些醇在水和二甲亚砜溶剂中的pKa值如表1所示。

表1   某些醇在水和二甲亚砜溶剂中的pKa值

影响羧酸酸性的因素很多。任何能使羧酸负离子比羧酸更加稳定的因素都使酸性增大；反之，使酸性减弱。由于氢键使羧酸根负离子更稳定，使羧酸的酸性增强。在质子溶剂中，如果羧酸根负离子能被溶剂通过氢键稳定，将同样能观察到酸性增强的现象。例如，乙酸在不同溶剂中的pKa值如表2所示。

表2  在不同溶剂中乙酸的pKa值

分子内氢键的形成同样会影响羧酸的酸性强弱。若苯甲酸电离常数为K，则其邻、间、对位羟基取代物电离常数分别为15.9K、1.26K和0.44K；若左右两个邻位均有羟基则电离常数为800K，这是由于邻位羟基与邻位羧基氧原子形成氢键，减弱了羧基氧原子对氢的吸引力，从而增加了羧基中氢原子的电离度。

6．氢键在生命物质中的作用

生命物质由蛋白质、核酸、糖类、脂类等有机物以及水和无机盐组成。各组分都有其特殊的生命功能，例如：酶是蛋白质，在机体内催化各种生化反应；核酸是遗传的主要物质基础；糖类是生命活动的主要能源；脂类起着供能和保温作用，也是组成细胞膜的主要成分；水起着溶剂的作用，许多生化反应在水环境中进行。这些物质结合在一起具有生命的特性，氢键在其中起关键的作用。下面介绍蛋白质和核酸中的氢键。

蛋白质是由一定序列的氨基酸缩合形成的多肽链分子，它富含形成氢键结合的能力。在多肽主链中的N—H作为质子给体，C=O作为质子受体，互相形成C=O…H－N氢键，决定了蛋白质的二级结构。氨基酸侧链基团中的-NH₂、＝NH、-OH、 等又可作为质子给体或质子受体，相互形成氢键，影响蛋白质的立体结构和功能。底物通过精确定向的氢键和酶结合，进行生物催化作用，氢键在其中起了重要的作用。

蛋白质的二级结构是指多肽链借助于氢键沿一维方向排列成具有周期性的结构的构象，是多肽链局部的空间结构（构象），主要有α－螺旋、β－折叠、β－转角等几种形式，它们是构成蛋白质高级结构的基本要素。 

α－螺旋是蛋白质中最常见最典型含量最丰富的二级结构组件。在α-螺旋中，每个螺旋周期包含3.6个氨基酸残基，残基侧链伸向外侧,同一肽链上的每个残基的酰胺氢原子和位于它后面的第4个残基上的羰基氧原子之间形成氢键。这种氢键大致与螺旋轴平行。一条多肽链呈α-螺旋构象的推动力就是所有肽键上的酰胺氢和羰基氧之间形成的链内氢键。在水环境中，肽键上的酰胺氢和羰基氧既能形成内部(α-螺旋内)的氢键，也能与水分子形成氢键。如果后者发生，多肽链呈现类似变性蛋白质那样的伸展构象。疏水环境对于氢键的形成没有影响，因此，更可能促进α-螺旋结构的形成。图1-14示出一种α-螺旋结构中的氢键。         

β－折叠（图1-15）也是一种重复性的结构,可分为平行式和反平行式两种类型（图1-16），它们是通过肽链间或肽段间的氢键维系。可以把它们想象为由折叠的条状纸片侧向并排而成,每条纸片可看成是一条肽链,称为β折叠股或β股,肽主链沿纸条形成锯齿状,处于最伸展的构象,氢键主要在股间而不是股内。α－碳原子位于折叠线上,由于其四面体性质,连续的酰胺平面排列成折叠形式。需要注意的是在折叠片上的侧链都垂直于折叠片的平面,并交替地从平面上下二侧伸出。平行折叠片比反平行折叠片更规则且一般是大结构，而反平行折叠片可以少到仅由两个β股组成。

图1-14   一种α－螺旋结构

图1-15  β－折叠片的结构

图1-16  在平行（a）和反平行（b）β－折叠片中氢键的排列

核酸分为两大类：脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。前者是遗传信息的携带者，后者在生命体内蛋白质的合成中起重要作用。DNA分子中，两条多核苷酸链靠碱基（C＝O…H－N和C＝N…H－N）之间形成氢键配对而相连，即腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）配对形成2个氢键，鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）配对形成3个氢键，如图1-17（a）所示。它们盘曲成双螺旋结构（如图1-17（b））的各圈之间也是靠氢键维系而增强其稳定性，一旦氢键被破坏，分子的空间结构发生改变，生理功能就会丧失。因此对医学界来说，氢键的概念具有相当重要的意义。