Αμφιτεριόν

Στη χημεία, ένα αμφιτεριόν· από το γερμανικό zwitter "υβρίδιο" που πριν λεγόταν διπολικό ιόν) είναι ένα ουδέτερο μόριο με θετικό και ένα αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο, αν και πολλαπλά θετικά και αρνητικά φορτία μπορεί να είναι παρόντα. Τα αμφιτεριόντα διακρίνονται από τα δίπολα, σε διαφορετικές θέσεις μέσα στο μόριο. Τα αμφιτεριόντα λέγονται μερικές φορές εσωτερικά άλατα.^[1]

Ένα αμινοξύ περιέχει ταυτόχρονα όξινο (τμήμα καρβοξυλικού οξέος) και βασικό (τμήμα πρωτονιωμένης αμινομάδας). Το ισομερές στα δεξιά είναι ένα αμφιτεριόν.

Ισομερή σουλφαμικού οξέος , με το αμφιτεριόν (δεξιά).

Αντίθετα με τις απλές αμφοτερικές ενώσεις που μπορούν να σχηματίσουν μόνο είτε ένα κατιονικό είτε ένα ανιονικό είδος ανάλογα με τις εξωτερικές συνθήκες, ένα αμφιτεριόν έχει ταυτόχρονα και τις δυο ιονικές καταστάσεις στο ίδιο μόριο.

Παραδείγματα

Τα αμινοξέα είναι τα καλύτερα γνωστά παραδείγματα αμφιτεριόντων. Αυτές οι ενώσεις περιέχουν μια αμινομάδα και μια καρβοξυλομάδα και μπορούν να θεωρηθούν ότι προκύπτουν μέσα από ένα είδος ενδομοριακής αντίδρασης οξέος-βάσης: Η ομάδα της αμίνης αποπρωτονιώνει το καρβοξυλικό οξύ.

NH₂RCHCO₂Η NH₃⁺RCHCO₂⁻

Η αμφιτεριονική δομή της γλυκίνης στην στερεή κατάσταση έχει επιβεβαιωθεί από μετρήσεις περίθλασης νετρονίων.^[2] Τουλάχιστον σε κάποιες περιπτώσεις, η αμφιτεριοϊνική μορφή των αμινοξέων επιμένει επίσης στην αέρια φάση.^[3]

Πέρα από τα αμινοξέα, πολλές άλλες ενώσεις που περιέχουν όξινα και βασικά κέντρα ταυτομερειώνουν την αμφιτεριονική μορφή. Παραδείγματα, όπως η δισίνη και η τρισίνη, περιέχουν ένα βασικό δευτεροταγές ή τριτοταγές τμήμα αμίνης μαζί με ένα τμήμα καρβοξυλικού οξέος. Οι μετρήσεις διάθλασης νετρονίων δείχνουν ότι το στερεό σουλφαμικό οξύ υπάρχει ως αμφιτεριόν.^[4] Πολλά αλκαλοειδή, όπως το λυσεργικό οξύ και η ψιλοκυβίνη, υπάρχουν ως αμφιτεριόντα επειδή περιέχουν καρβοξυλικά κέντρα και κέντρα αμμωνίου.

Πολλά αμφιτεριόντα περιέχουν τεταρτοταγή κατιόντα αμμωνίου. Λόγω έλλειψης δεσμών N–H, το κέντρο του αμμωνίου δεν μπορεί να συμμετάσχει στην ταυτομερείωση. Τα αμφιτεριόντα περιέχουν τεταρτοταγή κέντρα αμμωνίου που είναι συνηθισμένα στη βιολογία, π.χ. βεταΐνες, που χρησιμεύουν ως ηλεκτρολύτες σε ψάρια. Τα φωσφολιπίδια που σχηματίζουν μεμβράνη είναι επίσης συνηθισμένα αμφιτεριόντα. Οι πολικές ομάδες κεφαλής σε αυτές τις ενώσεις είναι αμφιτεριόντα, ως αποτέλεσμα της παρουσίας των κέντρων ανιονικών φωσφορικών και κατιονικού τεταρτοταγούς αμμωνίου.^[5]

Το φωσφολιπίδιο που σχηματίζει κυστίδιο φωσφατιδυλοχολίνης, παλμιτοϋλο-ελεϋλο-sn-φωσαφατιδυλοχολίνης.

Σχετικές ενώσεις

Οι διπολικές ενώσεις συνήθως δεν ταξινομούνται ως αμφιτεριόντα. Παραδείγματος χάριν, τα αμινοξείδια, που συχνά γράφονται ως R₃N⁺O⁻, δεν είναι αμφιτεριόντα κατά τον ορισμό,^[1] που ορίζει ότι υπάρχουν μοναδιαία ηλεκτρικά φορτία στα άτομα. Η διαφορά έγκειται στο γεγονός τα φορτία συν και πλην στο αμινοξείδιο σημαίνουν τυπικά φορτία, όχι ηλεκτρικά φορτία. Τα τυπικά φορτία χρησιμοποιούνται στη θεωρία δεσμού σθένους για κάποιες κανονικές μορφές που χρησιμοποιούνται να δημιουργήσουν ένα υβρίδιο συντονισμού. Στην πραγματικότητα μια άλλη θεωρητική παρουσίαση ενός αμονοξειδίου χρησιμοποιεί έναν ημιπολικό δεσμό ≡N→Ο χωρίς τυπικά φορτία. Άλλες ενώσεις που μερικές φορές αναφέρονται ως αμφιτεριόντα, λανθασμένα σύμφωνα με τον παραπάνω ορισμό, περιλαμβάνουν τις νιτρόνες και "διπολικές ενώσεις", όπως 1,2-δίπολο και 1,3-δίπολο.^[6]

Παραπομπές

1. IUPAC Gold Book zwitterionic compounds/zwitterions
2. Jönsson, P.-G.; Kvick, Å. (1972). «Precision neutron diffraction structure determination of protein and nucleic acid components. III. The crystal and molecular structure of the amino acid α-glycine». Acta Cryst. B 28 (6): 1827–1833. doi:10.1107/S0567740872005096.
3. Price, William D.; Jockusch, Rebecca A.; Williams, Evan R. (1997). «Is Arginine a Zwitterion in the Gas Phase?». J. Am. Chem. Soc. 119 (49): 11988–11989. doi:10.1021/ja9711627. PMID 16479267. text
4. R. L. Sass (April 1960). «A neutron diffraction study on the crystal structure of sulfamic acid». Acta Cryst. 13 (4): 320–324. doi:10.1107/S0365110X60000789.
5. Nelson, D. L.; Cox, M. M. "Lehninger, Principles of Biochemistry" 3rd Ed. Worth Publishing: New York, 2000. ISBN 1-57259-153-6.
6. IUPAC Gold Book dipolar compounds