www.wikidata.uk-ua.nina.az

Цвітер іон Цві тер іо н англ zwitterion рос цвиттер ион це хімічна сполука в молекулах якої є просторово розділені елект

Цвітер-іон

Цві́тер-іо́н (англ. zwitterion, рос. цвиттер-ион) — це хімічна сполука, в молекулах якої є просторово розділені електричні формально одиничні протилежні заряди. Деякі хіміки наполягають на тому, що термін "цвітер-іон" повинен вживатися лише у випадку, коли заряди локалізовані на несуміжних атомах. Інакше, повинен вживатися термін "ілід". У цілому молекула є нейтральною.

Такі сполуки виникають зокрема при внутрішньомолекулярному обміні протоном в амфотерних сполуках. Прикладами цвітер-іонів є амоніоацетат (гліцин) H3N+CH2C(=O)O–, триметилгліцин (CH3)3N+CH2C(=O)O–, триметиламіноксид (CH3)3N+–O–.

Триметилгліцин, або бетаїн, не може ізомеризуватися до незарядженої форми. Подібно, фосфонієві сполуки, що містять карбоксильні групи завжди зберігають розподіл зарядів і є цвітер-іонами.

Поведінка в залежності від pH середовища Редагувати

Форма цвітер-іонної сполуки залежить від pH середовища. Залежно від pH середовища молекула буде приймати чи віддавати протон H+. Цвітер-іон перебуває в рівновазі з відповідними катіонними та аніонними формами. При pH нижче від pKa протонування, цвітер-іон перебуватиме в катіонній формі. При pH вище pKa депротонування, цвітер-іон перебуватиме в аніонній формі. Між цими двома величинами (при pH близькому до pI) молекула перебуватиме здебільшого в цвітер-іонній формі.

Це можна проілюструвати на прикладі амінокислоти гліцину. pKa протонування гліцину є 2,34, pKa депротонування — 9,6, відповідно, pI є 5,97. Отже, при pH < 2,34 гліцин є позитивно зарядженим, при pH > 9,6 гліцин є негативно зарядженим. Між цими двома pH гліцин матиме і позитивний, і негативний заряд, тобто молекула буде в цвітер-іонній формі.

Аміно кислоти Редагувати

Ізомеризація амінокислоти. Амінокислота у незарядженій формі (зліва) і у цвітер-іонній формі (справа) з позитивним зарядом на аміногрупі і негативним на карбоксильній.

Амінокислоти у розчині перебувають у стані хімічної рівноваги між формою без зарядів і цвітер-іонною формою. Рівновага встановлюється у два етапи. Спершу протон карбоксильною групи переходить до молекули води утворюючи гідроксоній та залишаючи негативний заряд на амінокислоті:

Потім, протон гідроксонія переходить до аміно групи залишаючи молекулу води і утворюючи позитивний заряд на аміногрупі і приводячи загальний заряд молекули амінокислоти до нейтрального:

Загалом, реакція ізомеризації виглядає наступним чином:

Відношення концентрацій двох форм амінокислоти (незарядженої, [H2N(R)CO2H], і цвітер-іонної, [H3N+(R)CO2-]) у розчині є незалежним від pH середовища і відоме як константа рівноваги K реакції ізомеризації:

Зазвичай, K > 1, що значить, що цвітер-іонна форма є домінуючим ізомером у водному розчині. Пояснення запропоноване на базі теоретичного аналізу передбачає, що цвітер-іон стабілізується в водному середовищі за рахунок водневих зв'язків з молекулами розчинника (води). Аналіз данних нейтронної дифракції гліцину вказує, що гліцин перебуває у цвітер-іонній формі в твердому стані, і підтверджує існування водневих зв'язків. Теоретичні розрахунки вказують, що цвітер-іонна форма може бути присутня у деяких випадках в газовій фазі також.

Бетаїни та подібні сполуки Редагувати

Сполука триметилгліцин, що була ізольована з цукрового буряку, була названа "бетаїн". Пізніше, інші сполуки, що мали подібний структурний елемент (четвертинний атом нітрогену з карбоксильною групою приєднаною до нього через метиленовий місток -CH2-), були відкриті також. Наразі, усі сполуки, що містять цей структурний елемент узагальнено називаються бетаїнами. Бетаїни постійно перебувають в цвітер-іонній формі; ізомеризація до незарядженої форми не відбувається, або ж відбувається вкрай повільно.

Іншими прикладами постійних цвітер-іонів є фосфатидилхоліни та псилоцибін, які також містять четвертинний атом нітрогену і негативно заряджену фосфатну групу замість карбоксильної; та легеневі сурфактанти такі як дипальмітоїлфосфатидилхолін.

Інші сполуки Редагувати

Сульфамінова кислота кристалізується в цвітеріонній формі.

В кристалах антранілової кислоти дві молекули кислоти розміщені в елементарні комірці. Одна з молекул є в цвітер-іонній формі, а інша — в незарядженій формі.

В твердому стані, EDTA існує в цвітер-іонній формі — два протони карбоксильних кислот є зміщені на атоми нітрогену.

Застосування Редагувати

Цвітер-іони можуть використовуватися у буферних розчинах. Утворення цвітер-іонів спостерігається під час синтезу деяких іонних рідин. Вони також входять до складу багатьох миючих засобів.

Через наявність точкових електричних зарядів цвітер-іони мають кращу розчинність у воді, ніж незареджена форма молекули. Тому багато активних фармацевтичних складників є саме у цвітер-іонній формі. Наприклад, цетиризин у препараті Зіртек.

Примітки Редагувати

  1. . IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (англ.). Архів оригіналу за 18 січня 2021. Процитовано 27.09.2020. 
  2. . IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (англ.). Архів оригіналу за 23 жовтня 2020. Процитовано 27.09.2020. 
  3. . Organic Chemistry On-Line Learning Center, University of Calgary (англ.). Архів оригіналу за 16 листопада 2020. Процитовано 27.09.2020. 
  4. Jensen, Jan H.; Gordon, Mark S. (1995). . Journal of the American Chemical Society 117 (31): 8159–8170. doi:10.1021/ja00136a013. Архів оригіналу за 2 грудня 2020. Процитовано 27 вересня 2020. 
  5. Jönsson, P.-G.; Kvick, Å. (1972). . Acta Crystallographica Section B 28 (6): 1827–1833. doi:10.1107/S0567740872005096. Архів оригіналу за 14 березня 2020. Процитовано 27 вересня 2020. 
  6. Price, William D.; Jockusch, Rebecca A.; Williams, Evan R. (1997). Is Arginine a Zwitterion in the Gas Phase?. Journal of the American Chemical Society 119 (49): 11988–11989. PMC 1364450. PMID 16479267. doi:10.1021/ja9711627. 
  7. Nelson, D. L.; Cox, M. M. (2000). Lehninger, Principles of Biochemistry (вид. 3rd). New York: Worth Publishing. ISBN 1-57259-153-6. 
  8. Sass, R. L. (1960). A neutron diffraction study on the crystal structure of sulfamic acid. Acta Crystallographica 13 (4): 320–324. 
  9. Brown, C. J.; Ehrenberg, M. (1985). Anthranilic acid, C7H7NO2, by neutron diffraction. Acta Crystallographica C 41 (3): 441–443. doi:10.1107/S0108270185004206. 
  10. Cotrait, Par Michel (1972). La structure cristalline de l'acide éthylènediamine tétraacétique, EDTA [The crystalline structure of ethylenediamine tetraacetic acid, EDTA]. Acta Crystallographica B 28 (3): 781–785. doi:10.1107/S056774087200319X. 

Джерела Редагувати

  • Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Cvi ter io n angl zwitterion ros cvitter ion ce himichna spoluka v molekulah yakoyi ye prostorovo rozdileni elektrichni formalno odinichni protilezhni zaryadi Deyaki himiki napolyagayut na tomu sho termin cviter ion povinen vzhivatisya lishe u vipadku koli zaryadi lokalizovani na nesumizhnih atomah 1 Inakshe povinen vzhivatisya termin ilid 2 U cilomu molekula ye nejtralnoyu Taki spoluki vinikayut zokrema pri vnutrishnomolekulyarnomu obmini protonom v amfoternih spolukah Prikladami cviter ioniv ye amonioacetat glicin H3N CH2C O O trimetilglicin CH3 3N CH2C O O trimetilaminoksid CH3 3N O Trimetilglicin abo betayin ne mozhe izomerizuvatisya do nezaryadzhenoyi formi Podibno fosfoniyevi spoluki sho mistyat karboksilni grupi zavzhdi zberigayut rozpodil zaryadiv i ye cviter ionami Zmist 1 Povedinka v zalezhnosti vid pH seredovisha 2 Amino kisloti 3 Betayini ta podibni spoluki 4 Inshi spoluki 5 Zastosuvannya 6 Primitki 7 DzherelaPovedinka v zalezhnosti vid pH seredovisha RedaguvatiForma cviter ionnoyi spoluki zalezhit vid pH seredovisha Zalezhno vid pH seredovisha molekula bude prijmati chi viddavati proton H Cviter ion perebuvaye v rivnovazi z vidpovidnimi kationnimi ta anionnimi formami Pri pH nizhche vid pKa protonuvannya cviter ion perebuvatime v kationnij formi Pri pH vishe pKa deprotonuvannya cviter ion perebuvatime v anionnij formi Mizh cimi dvoma velichinami pri pH blizkomu do pI molekula perebuvatime zdebilshogo v cviter ionnij formi Ce mozhna proilyustruvati na prikladi aminokisloti glicinu pKa protonuvannya glicinu ye 2 34 pKa deprotonuvannya 9 6 vidpovidno pI ye 5 97 3 Otzhe pri pH lt 2 34 glicin ye pozitivno zaryadzhenim pri pH gt 9 6 glicin ye negativno zaryadzhenim Mizh cimi dvoma pH glicin matime i pozitivnij i negativnij zaryad tobto molekula bude v cviter ionnij formi H 3 N CH 2 CO 2 H H 3 N CH 2 CO 2 H 2 NCH 2 CO 2 displaystyle ce H3N CH2CO2H lt gt H3N CH2CO2 lt gt H2NCH2CO2 nbsp Amino kisloti Redaguvati nbsp Izomerizaciya aminokisloti Aminokislota u nezaryadzhenij formi zliva i u cviter ionnij formi sprava z pozitivnim zaryadom na aminogrupi i negativnim na karboksilnij Aminokisloti u rozchini perebuvayut u stani himichnoyi rivnovagi mizh formoyu bez zaryadiv i cviter ionnoyu formoyu Rivnovaga vstanovlyuyetsya u dva etapi Spershu proton karboksilnoyu grupi perehodit do molekuli vodi utvoryuyuchi gidroksonij ta zalishayuchi negativnij zaryad na aminokisloti H 2 N R C O 2 H H 2 O H 2 N R C O 2 H 3 O displaystyle mathrm H 2 N R CO 2 H H 2 O longrightarrow H 2 N R CO 2 H 3 O nbsp Potim proton gidroksoniya perehodit do amino grupi zalishayuchi molekulu vodi i utvoryuyuchi pozitivnij zaryad na aminogrupi i privodyachi zagalnij zaryad molekuli aminokisloti do nejtralnogo H 2 N R C O 2 H 3 O H 3 N R C O 2 H 2 O displaystyle mathrm H 2 N R CO 2 H 3 O longrightarrow H 3 N R CO 2 H 2 O nbsp Zagalom reakciya izomerizaciyi viglyadaye nastupnim chinom H 2 N R C O 2 H H 3 N R C O 2 displaystyle mathrm H 2 N R CO 2 H longrightarrow H 3 N R CO 2 nbsp Vidnoshennya koncentracij dvoh form aminokisloti nezaryadzhenoyi H2N R CO2H i cviter ionnoyi H3N R CO2 u rozchini ye nezalezhnim vid pH seredovisha i vidome yak konstanta rivnovagi K reakciyi izomerizaciyi K H 3 N R C O 2 H 2 N R C O 2 H displaystyle K mathrm frac H 3 N R CO 2 H 2 N R CO 2 H nbsp Zazvichaj K gt 1 sho znachit sho cviter ionna forma ye dominuyuchim izomerom u vodnomu rozchini Poyasnennya zaproponovane na bazi teoretichnogo analizu peredbachaye sho cviter ion stabilizuyetsya v vodnomu seredovishi za rahunok vodnevih zv yazkiv z molekulami rozchinnika vodi 4 Analiz dannih nejtronnoyi difrakciyi glicinu vkazuye sho glicin perebuvaye u cviter ionnij formi v tverdomu stani i pidtverdzhuye isnuvannya vodnevih zv yazkiv 5 Teoretichni rozrahunki vkazuyut sho cviter ionna forma mozhe buti prisutnya u deyakih vipadkah v gazovij fazi takozh 6 Betayini ta podibni spoluki RedaguvatiSpoluka trimetilglicin sho bula izolovana z cukrovogo buryaku bula nazvana betayin Piznishe inshi spoluki sho mali podibnij strukturnij element chetvertinnij atom nitrogenu z karboksilnoyu grupoyu priyednanoyu do nogo cherez metilenovij mistok CH2 buli vidkriti takozh Narazi usi spoluki sho mistyat cej strukturnij element uzagalneno nazivayutsya betayinami Betayini postijno perebuvayut v cviter ionnij formi izomerizaciya do nezaryadzhenoyi formi ne vidbuvayetsya abo zh vidbuvayetsya vkraj povilno 7 Inshimi prikladami postijnih cviter ioniv ye fosfatidilholini ta psilocibin yaki takozh mistyat chetvertinnij atom nitrogenu i negativno zaryadzhenu fosfatnu grupu zamist karboksilnoyi ta legenevi surfaktanti taki yak dipalmitoyilfosfatidilholin nbsp Trimetilglicin nbsp Priklad fosfatidilholinu nbsp Psilocibin nbsp Lauramidopropil betayin osnovnij komponent kokamidopropil betayinuInshi spoluki Redaguvati nbsp Izomerizaciya sulfaminovoyi kisloti z cviter ionnoyu formoyu sprava nbsp Antranilova kislota nbsp EDTA v cviter ionnij formiSulfaminova kislota kristalizuyetsya v cviterionnij formi 8 V kristalah antranilovoyi kisloti dvi molekuli kisloti rozmisheni v elementarni komirci Odna z molekul ye v cviter ionnij formi a insha v nezaryadzhenij formi 9 V tverdomu stani EDTA isnuye v cviter ionnij formi dva protoni karboksilnih kislot ye zmisheni na atomi nitrogenu 10 Zastosuvannya RedaguvatiCviter ioni mozhut vikoristovuvatisya u bufernih rozchinah Utvorennya cviter ioniv sposterigayetsya pid chas sintezu deyakih ionnih ridin Voni takozh vhodyat do skladu bagatoh miyuchih zasobiv Cherez nayavnist tochkovih elektrichnih zaryadiv cviter ioni mayut krashu rozchinnist u vodi nizh nezaredzhena forma molekuli Tomu bagato aktivnih farmacevtichnih skladnikiv ye same u cviter ionnij formi Napriklad cetirizin u preparati Zirtek Primitki Redaguvati zwitterionic compounds IUPAC Compendium of Chemical Terminology 2nd ed the Gold Book angl Arhiv originalu za 18 sichnya 2021 Procitovano 27 09 2020 ylides IUPAC Compendium of Chemical Terminology 2nd ed the Gold Book angl Arhiv originalu za 23 zhovtnya 2020 Procitovano 27 09 2020 Chapter 27 Amino Acids Peptides and Proteins Organic Chemistry On Line Learning Center University of Calgary angl Arhiv originalu za 16 listopada 2020 Procitovano 27 09 2020 Jensen Jan H Gordon Mark S 1995 On the Number of Water Molecules Necessary to Stabilize the Glycine Zwitterion Journal of the American Chemical Society 117 31 8159 8170 doi 10 1021 ja00136a013 Arhiv originalu za 2 grudnya 2020 Procitovano 27 veresnya 2020 Jonsson P G Kvick A 1972 Precision neutron diffraction structure determination of protein and nucleic acid components III The crystal and molecular structure of the amino acid a glycine Acta Crystallographica Section B 28 6 1827 1833 doi 10 1107 S0567740872005096 Arhiv originalu za 14 bereznya 2020 Procitovano 27 veresnya 2020 Price William D Jockusch Rebecca A Williams Evan R 1997 Is Arginine a Zwitterion in the Gas Phase Journal of the American Chemical Society 119 49 11988 11989 PMC 1364450 PMID 16479267 doi 10 1021 ja9711627 Nelson D L Cox M M 2000 Lehninger Principles of Biochemistry vid 3rd New York Worth Publishing ISBN 1 57259 153 6 Sass R L 1960 A neutron diffraction study on the crystal structure of sulfamic acid Acta Crystallographica 13 4 320 324 Brown C J Ehrenberg M 1985 Anthranilic acid C7H7NO2 by neutron diffraction Acta Crystallographica C 41 3 441 443 doi 10 1107 S0108270185004206 Cotrait Par Michel 1972 La structure cristalline de l acide ethylenediamine tetraacetique EDTA The crystalline structure of ethylenediamine tetraacetic acid EDTA Acta Crystallographica B 28 3 781 785 doi 10 1107 S056774087200319X Dzherela RedaguvatiGlosarij terminiv z himiyi J Opejda O Shvajka In t fiziko organichnoyi himiyi ta vuglehimiyi im L M Litvinenka NAN Ukrayini Doneckij nacionalnij universitet Doneck Veber 2008 758 s ISBN 978 966 335 206 0 Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Cviter ion amp oldid 38016605