氫鍵在現代化學中的作用隨著科學的不斷發展,現在化學的研究對象，已經遠遠超出了常規的、以共價鍵為基礎的分子，它包括從原子、分子片、結構單元、分子、高分子、生物大分子、超分子、分子和原子的各種不同維數、不同尺度和不同復雜程度的聚集體、組裝體、分子材料、分子器件和分子機器。化學已從分子化學發展為超分子化學，超分子化學是分子以上層次的化學，是化學、生物學、物理學、材料科學、信息科學、環境科學等學科相互交叉融合的產物。超分子化合物因其在光、電、磁化學和分離、吸附、催化等領域所具有的應用前景而備受青睞。而分子之間以及分子以上層次的超分子及有序高級結構的組裝體，則是依靠分子間的相互作用如氫鍵、范德華力、偶極-偶極相互作用、親水-疏水相互作用、n-n堆積力等將分子結合在一起。在各種分子間相互作用中，氫鍵占有很特殊的地位，被稱作為“超分子化學中的萬能相互作用”。氫鍵有別于其他分子間相互作用之處在于：（1）氫鍵在類型、長度、強度和幾何構型上是變化多樣的，每個分子中的一個強氫鍵足以決定固態結構，并且在很大程度上影響其液態和氣態的存在。弱氫鍵在穩定結構中也起到一定的作用，當有很多氫鍵協同作用時效果可以變得很顯著；（2）氫鍵具有方向性、飽和性和可預見性，能夠設計和合成出含有特征質子給體和特征質子受體的分子，可以按照所希望的方式將一定的結構單元或功能單元通過氫鍵組裝成具有優異的光、電、磁、催化、生物活性等特性的材料；（3）氫鍵強度介于化學鍵和范德華力之間，形成和破壞都比較容易，其動態可逆的特點，使其對外部環境的刺激能產生獨特的響應，在決定材料的性質和新型材料的設計中至關重要。因此，氫鍵在現代化學、材料科學以及生命科學中所起的作用越來越重要。通過氫鍵形成超分子超分子是指由2種或2種以上分子依靠分子間相互作用結合在一起,組裝成復雜的、有組織的聚集體，并保持一定的完整性,具有明確的微觀結構和宏觀特性。超分子不是分子的簡單聚集,它的結構和特性與它們的純分子組分的聚集性質不同。通過氫鍵進行分子識別超分子體系主要有識別、轉換和傳輸功能。而分子識別是超分子化學的核心。分子識別既是分子器件處理信息的基礎，又是組裝高級結構的重要途徑之一。為了實現高度的專一性識別，在設計受體分子時要實現受體與識別物種間的高度互補，其中包括形狀、尺寸以及作用點（或鍵合點）分布等的相互匹配。通過形成氫鍵進行分子識別的例子有很多。如在DNA雙螺旋結構中，A、G、C、T四種堿基則是通過氫鍵識別互補配對，2條鏈上的堿基形成A?T、G?C堿基對，這種由氫鍵作用決定的配對關系,是決定生物信息傳遞的結構基礎，在遺傳機制中起決定作用。由于氫鍵具有方向性，因此可以設計出具有特殊形狀的受體。例如，普通冠醚不能區分NH4+和K+,因為NH4+和K+的大小尺寸近似，而三環氮雜冠醚只傾向于和NH4+結合,因為在孔穴中4個N原子的排布位置，正好適合和NH4+形成4個N—H?N氫鍵氫鍵型晶體工程晶體工程是分子工程學的一個重要組成部分，它通過控制構筑單元間的相互作用的類型、強度及幾何性質來獲得具有所希望結構和性能的晶體材料。它涉及分子或化學基團在晶體中的行為、晶體的設計、結構與性能的控制及晶體結構的預測,是實現從分子到材料的一條重要途徑。氫鍵作為一種非常重要的方向性相互作用力，在晶體工程中顯示越來越重要的作用。通過調節氫鍵使其在晶體中具有最優的幾何構型和空間方向，可以獲得優良材料。氫鍵可以產生分子平移的穩定性,使晶體出現極性，這是許多物理性質產生的必要條件。通過氫鍵進行自組裝超分子自組裝是指分子或分子亞單元通過非共價鍵弱相互作用，自發組成具有某種性能的長程有序的超分子聚集體的過程。氫鍵強度介于化學鍵和范德華力之間，其特殊的幾何構型和方向性，使得它在超分子自組裝過程中起著關鍵的作用。利用分子間氫鍵鍵合，可以自組裝合成自然界不存在、但在分子水平上具有儲存信息、轉移信息和催化功能的新型超分子結構或體系，使現代化學在生命科學、材料科學和信息技術等方面發揮更大的作用。氫鍵在材料化學中的作用氫鍵在材料領域中也有廣泛的應用，利用氫鍵結合單元之間的可逆性，可以設計環境響應（諸如pH響應性、光響應性、壓力響應性、生物分子響應性、電場響應性等）的連續動態材料。液晶材料領域是氫鍵應用研究較早較多的領域。分子間氫鍵具有良好的熱穩定性，既能使不具有液晶行為的質子給體和受體形成的氫鍵復合物呈現液晶性，也可改變原質子給體和受體的液晶行為。雖然氫鍵鍵能較弱,給其復合物穩定性帶來不利影響，但它的適當弱化，反而使得氫鍵液晶高分子具有獨特的動力學性質，尤其是對溫度的變化具有可逆響應性能，為其在感應材料制備方面的應用提供了廣闊的空間。氫鍵的催化作用氫鍵在加速各種反應（如酰基、磷酰基轉移、羰基加成、周環反應等）中均起著中心作用。近年來，有機化學家們注意到氫鍵在小分子合成催化劑中的巨大催化潛力，特別是手性氫鍵給體在