En química , un zwitterion ( / t s v ɪ t ə ˌ r aɪ ə n / TSVIT -ə-centeno-ən ; de alemán Zwitter[ˈTsvɪtɐ] ' hermafrodita '), también llamada sal interna , es una molécula que contiene un número igual de grupos funcionales con carga positiva y negativa . [1] Con los aminoácidos , por ejemplo, en solución se establecerá un equilibrio químico entre la molécula "madre" y el zwiterión.
Las betaínas son iones híbridos que no pueden isomerizarse a una forma totalmente neutra, como cuando la carga positiva se encuentra en un grupo de amonio cuaternario . De manera similar, una molécula que contiene un grupo fosfonio y un grupo carboxilato no puede isomerizar.
Aminoácidos
El equilibrio se establece en dos etapas. En una etapa, se transfiere un protón del grupo carboxilo a una molécula de agua.
- H
2N (R) CO
2H + H
2O ⇌ H
2N (R) CO-
2+ H
3O+
En la otra etapa, se transfiere un protón del ion hidronio al grupo amina.
- H
2N (R) CO-
2+ H
3O+
⇌ H
3norte+
(R) CO-
2+ H
2O
En general, la reacción es una reacción de isomerización.
- H
2N (R) CO
2H ⇌ H
3norte+
(R) CO-
2
La relación de las concentraciones de las dos especies en solución es independiente del pH, ya que es igual al valor de la constante de equilibrio K para la reacción de isomerización.
[X] significa la concentración de la especie química X en equilibrio. Generalmente se asume que K > 1, es decir, que el ion híbrido es el isómero de aminoácido predominante en solución acuosa. Se ha sugerido, sobre la base del análisis teórico, que el ión híbrido se estabiliza en solución acuosa mediante enlaces de hidrógeno con moléculas de agua y disolvente. [2] El análisis de los datos de difracción de neutrones de la glicina mostró que estaba en forma de ion híbrido en estado sólido y confirmó la presencia de enlaces de hidrógeno. [3] Se han utilizado cálculos teóricos para demostrar que los iones híbridos también pueden estar presentes en la fase gaseosa para algunos casos diferentes a la simple transferencia de ácido carboxílico a amina. [4]
Los valores de p K a para la desprotonación de los aminoácidos comunes abarcan el rango aproximado2,15 ± 0,2 . Esto también es coherente con el hecho de que el ion híbrido es el isómero predominante que está presente en una solución acuosa. A modo de comparación, el ácido propiónico de ácido carboxílico simple ( CH
3CH
2CO
2H ) tiene un valor de p K de 4,88.
Otros compuestos
Isómeros de ácido sulfámico , con el zwiterión (derecha)
Estructura de H 4 EDTA
El ácido sulfámico cristaliza en forma de iones híbridos . [5]
En los cristales de ácido antranílico hay dos moléculas en la celda unidad . Una molécula está en forma de iones híbridos, la otra no. [6]
En estado sólido, H 4 EDTA es un ion híbrido con dos protones que se han transferido de los grupos de ácido carboxílico a los átomos de nitrógeno. [7]
Estudios teóricos
Aunque el equilibrio, en solución, entre un compuesto y su isómero de iones bipolares no puede estudiarse experimentalmente, se puede obtener algo de información a partir de los resultados de los cálculos teóricos. Un buen ejemplo es el fosfato de piridoxal, una forma de vitamina B 6 . Se predijo que se obtendría un equilibrio tautomérico en una solución acuosa de este compuesto, favoreciendo el zwiterión en el que se transfiere un protón del grupo -OH fenólico al átomo de nitrógeno. [8]
Betaínas y compuestos similares
El compuesto trimetilglicina , que se aisló de la remolacha azucarera , se denominó "betaína". Más tarde, se descubrieron otros compuestos que contienen el mismo motivo estructural, un átomo de nitrógeno cuaternario con un grupo carboxilato unido a él a través de un enlace –CH 2 - . En la actualidad, todos los compuestos cuya estructura incluye este motivo se conocen como betaínas. Las betaínas no se isomerizan porque los grupos químicos unidos al átomo de nitrógeno no son lábiles . Estos compuestos pueden clasificarse como iones híbridos permanentes, ya que la isomerización a una molécula sin cargas eléctricas no se produce o es muy lenta. [9]
Otros ejemplos de iones híbridos permanentes incluyen fosfatidilcolinas y psilocibina , que también contienen un átomo de nitrógeno cuaternario, pero con un grupo fosfato cargado negativamente en lugar de un grupo carboxilato; y tensioactivos pulmonares tales como dipalmitoilfosfatidilcolina .
Trimetilglicina (betaína de nombre trivial)
Ejemplo de fosfatidilcolina
Psilocibina
Lauramidopropil betaína, el componente principal de cocamidopropil betaína
Ver también
- Iluro de azometina
Referencias
- ^ Skoog, Douglas, A .; West, Donald M .; Holler, F. James; Crouch, Stanley R. (2004). Fundamentos de Química Analítica (8ª ed.). Thomson / Brooks / Cole. págs. 231, 385, 419, 460. ISBN 0-03-035523-0.
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- ^ Kiruba, GSM; Ming, Wah Wong (2003). "Equilibrios tautoméricos de derivados de piridoxal-5′-fosfato y 3-hidroxipiridina: un estudio teórico de los efectos de solvatación". Revista de Química Orgánica . 68 (7): 2874–2881. doi : 10.1021 / jo0266792 . PMID 12662064 .
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