《Understanding Hydrogen Bonds: Theoretical and Experimental Views》书评

华南理工大学化学与化工学院 孙志红

一、概述

《Understanding Hydrogen Bonds: Theoretical and Experimental Views》由Royal Society of Chemistry出版社出版于2021年，作者为西班牙的Slawomir J.Grabowski教授。本书着重介绍了研究氢键的各种表征技术和计算方法，从理论和实验角度阐述了各种类型氢键以及类似作用力的形成机制，可供化学、生物和材料领域的研究人员参考。

二、内容简介

氢键在生物和化学领域起着至关重要的作用。当前，随着计算化学和实验技术的不断发展，对氢键的内涵、外延以及形成机制的理解也在不断深化。本书结合最新的研究进展，从理论和实验角度详细论述如何研究氢键以及深化对氢键的理解。本书共分9章，具体研究内容如下： 

第一章 氢键——定义、存在标准和各种类型

本章首先介绍了氢键的定义：当分子或者分子片段中的X原子的电负性比H原子大时，H原子与该分子或该分子片段中的电负性原子之间形成吸引力。本章接着介绍了依据几何结构（键长）和能量大小判断氢键是否形成，并简要介绍了几种供受体类型不同的氢键。

第二章 氢键类似物

本章主要介绍了几种与氢键类似的作用力：锂键、卤键、σ-空穴与π-空穴键。更重要的是，本章对文献中各种非共价作用力进行了分类总结，对于进一步理解包括氢键在内的弱相互作用力具有较大的参考价值。

第三章 理论方法

本章从量子化学和分子动力学的角度出发，详细介绍了研究氢键的最新理论方法，包括自然轨道（NBO）、前线轨道、非共价键相互作用、量子原子相互作用和Car-Parinello分子动力学方法。

第四章 实验方法和技术

本章主要介绍了研究氢键的几种实验表征技术，包括X-射线衍射、中子衍射、核磁氢谱和原子力显微镜。这些表征技术可以在分子尺度上给出较为可靠的结构信息，对于深入理解氢键至关重要。

第五章 氢键形成机制以及氢键红移与蓝移

本章介绍了氢键的形成机制。氢键的形成通常伴随着键长、光谱以及能量的改变。从能量角度，由于电荷转移作用能，形成氢键通常伴随电荷的重新排布，使得质子给体单元的电荷增加，质子受体单元的电荷降低。同时，形成氢键导致A-H键长增加伴随着A-H伸缩振动向低频移动称为红移，而形成氢键导致A-H键长缩短伴随着A-H伸缩振动向高频移动称为蓝移。

第六章 从弱相互作用力至共价键：弱、中等和强氢键

本章指出弱氢键的作用能小于4 Kcal·mol-1，中等强度的氢键作用能介于4-15 Kcal·mol-1，而强氢键的作用能通常介于14-40 Kcal·mol-1。此外，本章还介绍了包括键长在内的其它表征氢键强度的参数及实例。

第七章 分子内氢键

分子内氢键指的是同一分子内质子给体和质子受体形成的相互作用力，形成分子内氢键的分子通常表现出独特的稳定性和溶解性。本章主要介绍了各种类型的分子内氢键及其能量计算方法。

第八章 处于氢键定义边缘，具有氢键某些特性的相互作用力

本章对氢键的特性进行了进一步归纳，并依据其特性对氢键的外延进行了拓展，着重介绍了双氢键、多中心质子给体氢键以及与离子键连接类似静电作用的氢键。

第九章 评述和结论

本章强调了氢键在生物研究体系的重要性，并对研究氢键的计算方法和实验技术进行归纳总结。

三、编写特点

    本书的编撰特点在于其聚焦氢键的研究，内容针对性强，同时涵盖了各种研究氢键的理论计算方法和实验表征技术，理论结合实验，将较为抽象的非共价作用力通过表征和计算具象化，文献翔实，时效性强，虽然内容有一定重复性，但从理论和实验角度深化对氢键的理解，对于材料、生物和化学领域研究氢键及其组装的科研工作者大有助益。

本馆馆藏索书号：O641.3/G728，馆藏地：华南理工大学-五山校区-外文图书区