Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В химии , A цвиттерион ( / т ы v ɪ т ə ˌ г aɪ ə н / Цвит -ə-ржаного ən , от Немецкого Zwitter[ˈTsvɪtɐ] « гермафродит »), также называемая внутренней солью , представляет собой молекулу, которая содержит равное количество положительно и отрицательно заряженных функциональных групп . [1] С аминокислотами , например, в растворе будет установлено химическое равновесие между «родительской» молекулой и цвиттерионом.

Бетаины - это цвиттерионы, которые не могут изомеризоваться до полностью нейтральной формы, например, когда положительный заряд находится на группе четвертичного аммония . Точно так же молекула, содержащая фосфониевую группу и карбоксилатную группу, не может изомеризоваться.

Аминокислоты [ править ]

Аминокислота содержит как кислотный (фрагмент карбоновой кислоты) и основные (фрагмент) амин центры. Изомер справа - цвиттерион.

Равновесие устанавливается в два этапа. На одной стадии протон передается от карбоксильной группы к молекуле воды.

ЧАС
2N (R) CO
2H + H
2O ⇌ H
2N (R) CO-
2+ H
3О+

На другой стадии протон переносится от иона гидроксония к аминогруппе.

ЧАС
2N (R) CO-
2+ H
3О+
⇌ H
3N+
(R) CO-
2+ H
2О

В целом реакция представляет собой реакцию изомеризации.

ЧАС
2N (R) CO
2H ⇌ H
3N+
(R) CO-
2

Соотношение концентраций двух веществ в растворе не зависит от pH, поскольку оно равно значению константы равновесия K для реакции изомеризации.

[X] означает концентрацию химического вещества X в состоянии равновесия. Обычно предполагается, что K  > 1, то есть цвиттерион является преобладающим изомером аминокислоты в водном растворе. На основе теоретического анализа было высказано предположение, что цвиттерион стабилизируется в водном растворе за счет водородных связей с молекулами воды в растворителе. [2] Анализ нейтронографических данных для глицина показал, что он находится в цвиттерионной форме в твердом состоянии, и подтвердил наличие водородных связей. [3]Теоретические расчеты были использованы, чтобы показать, что цвиттерионы также могут присутствовать в газовой фазе в некоторых случаях, отличных от простого переноса карбоновой кислоты на амин. [4]

Р К а значения для депротонирования обычных аминокислот охватывают приблизительный диапазон2,15 ± 0,2 . Это также согласуется с тем, что цвиттерион является преобладающим изомером, присутствующим в водном растворе. Для сравнения, пропионовая кислота простой карбоновой кислоты ( CH
3CH
2CO
2Н ) имеет Ap K на значение 4,88.

Другие соединения [ править ]

Сульфаминовая кислота кристаллизуется в форме цвиттериона. [5]

В кристаллах антраниловой кислоты в элементарной ячейке две молекулы . Одна молекула находится в форме цвиттериона, другая - нет. [6]

В твердом состоянии H 4 EDTA представляет собой цвиттерион с двумя протонами, перенесенными с групп карбоновой кислоты на атомы азота. [7]

Теоретические исследования [ править ]

пиридоксальфосфат

Хотя равновесие в растворе между соединением и его цвиттер-ионным изомером не может быть изучено экспериментально, некоторое понимание может быть получено из результатов теоретических расчетов. Хороший пример - пиридоксальфосфат, форма витамина B 6 . Было предсказано достижение таутомерного равновесия в водном растворе этого соединения, благоприятствующего цвиттериону, в котором протон переносится от фенольной -ОН-группы к атому азота. [8]

Бетаины и аналогичные соединения [ править ]

Соединение триметилглицин , которое было выделено из сахарной свеклы , было названо «бетаином». Позже были обнаружены другие соединения, которые содержат тот же структурный мотив, четвертичный атом азота с карбоксилатной группой, присоединенной к нему через связь –CH 2 - . В настоящее время все соединения, в структуру которых входит этот мотив, известны как бетаины. Бетаины не изомеризуются, потому что химические группы, присоединенные к атому азота, непостоянны . Эти соединения можно классифицировать как постоянные цвиттерионы, поскольку изомеризация в молекулу без электрических зарядов не происходит или происходит очень медленно. [9]

Другие примеры постоянных цвиттерионов включают фосфатидилхолины и псилоцибин , которые также содержат четвертичный атом азота, но с отрицательно заряженной фосфатной группой вместо карбоксилатной группы; и легочные поверхностно-активные вещества, такие как дипальмитоилфосфатидилхолин .

  • Триметилглицин (тривиальное название бетаин)

  • Пример фосфатидилхолина

  • Псилоцибин

  • Лаурамидопропилбетаин, основной компонент кокамидопропилбетаина

См. Также [ править ]

  • Азометин-илид

Ссылки [ править ]

  1. ^ Скуг, Дуглас, А .; West, Donald M .; Холлер, Ф. Джеймс; Крауч, Стэнли Р. (2004). Основы аналитической химии (8-е изд.). Томсон / Брукс / Коул. с. 231, 385, 419, 460. ISBN 0-03-035523-0.
    - (2013). Основы аналитической химии (9-е изд.). С. 415–416. ISBN 978-1-285-60719-1.CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  2. ^ Дженсен, Ян Х .; Гордон, Марк С. (1995). «О количестве молекул воды, необходимых для стабилизации цвиттериона глицина» . Журнал Американского химического общества . 117 (31): 8159–8170. DOI : 10.1021 / ja00136a013 .
  3. ^ Jönsson, P.-G .; Квик, Å. (1972). «Прецизионное определение структуры белков и нуклеиновых кислот с помощью дифракции нейтронов. III. Кристаллическая и молекулярная структура аминокислоты α-глицина» (PDF) . Acta Crystallographica Раздел B . 28 (6): 1827–1833. DOI : 10.1107 / S0567740872005096 .
  4. ^ Цена, Уильям Д .; Jockusch, Rebecca A .; Уильямс, Эван Р. (1997). «Является ли аргинин цвиттерионом в газовой фазе?» . Журнал Американского химического общества . 119 (49): 11988–11989. DOI : 10.1021 / ja9711627 . PMC 1364450 . PMID 16479267 .  
  5. Перейти ↑ Sass, RL (1960). «Нейтронографическое исследование кристаллической структуры сульфаминовой кислоты» . Acta Crystallographica . 13 (4): 320–324. DOI : 10.1107 / S0365110X60000789 .
  6. ^ Браун, CJ; Эренберг, М. (1985). «Антраниловая кислота, C 7 H 7 NO 2 , методом нейтронографии». Acta Crystallographica C . 41 (3): 441–443. DOI : 10.1107 / S0108270185004206 .
  7. ^ Cotrait, Par Мишель (1972). "La структура кристалин де л'ацид этилендиамин тетраацетик, ЭДТА" [Кристаллическая структура этилендиаминтетрауксусной кислоты, ЭДТА]. Acta Crystallographica Б . 28 (3): 781–785. DOI : 10.1107 / S056774087200319X .
  8. ^ Кируба, GSM; Мин, Ва Вонг (2003). "Таутомерные равновесия производных пиридоксаль-5'-фосфата и 3-гидроксипиридина: теоретическое исследование эффектов сольватации". Журнал органической химии . 68 (7): 2874–2881. DOI : 10.1021 / jo0266792 . PMID 12662064 . 
  9. ^ Нельсон, DL; Кокс, ММ (2000). Ленингер, Принципы биохимии (3-е изд.). Нью-Йорк: стоит публикации. ISBN 1-57259-153-6.