Цвиттер-ион
Цвиттер-ион (биполярный ион; нем. Zwitter — «гермафродит») — молекула, которая, являясь в целом электронейтральной, в своей структуре имеет функциональные группы, несущие как отрицательный, так и положительный заряды. Их иногда называют внутримолекулярными солями (например, внутримолекулярные соли аминокислот) и, иногда, (ошибочно) ионными диполярными соединениями. Некоторые химики относят к цвиттер-ионам лишь соединения с зарядами на несоседних атомах, поскольку существуют также соединения с зарядами на соседних атомах (например, N-оксиды аминов)[1]. Цвиттер-ионные соединения высокополярны и поэтому, часто, в простейших случаях (глицин, аланин), обладают хорошей растворимостью в полярных растворителях (воде, диметилсульфоксиде и т. п.) и только цвиттер-ионы с дополнительными алифатическими или ароматическими радикалами, будучи в целом электронейтральны, растворимы в органических неполярных растворителях.
Классификация
[править | править код]Бетаины
[править | править код]Одним из наиболее широких классов цвитер-ионных соединений являются бетаины — соединения, в которых содержатся положительно заряженная ониевая группа и анионная группировка, разделенные одним или несколькими атомами[2], среди которых есть как природные соединения, содержащие четвертичную аммонийную группу (N,N,N-триметиламиноглицинат — бетаин, тригонеллин — бетаин N-метилникотиновой кислоты и др.), так и фосфониевые и сульфониевые бетаины.
Особым классом бетаинов являются гетероциклические мезоионные соединения — сидноны и мюнхоны, в которых заряды делокализованы таким образом, что в наборе мезомерных структур присутствуют как структуры с зарядами на соседних так и на несоседствующих атомах:
- Сидноны
- Мюнхоны
Илиды
[править | править код]К цвиттер-ионным соединениям также относят илиды — 1,2-диполярные соединения, в которых отрицательный заряд локализован на атоме углерода, а положительный — на соседнем гетероатоме, обычно атоме азота (илиды аммониевых солей), фосфора либо серы (илиды фосфония и сульфония). Илиды аммония имеют полностью цвиттер-ионный характер с одинарной связью между атомами с различными зарядами, в случае илидов фосфония и сульфония вследствие участия d-орбиталей гетероатома связь принимает частично двойной характер и структура таких илидов описывается резонансом между иленовой и илидной формами:
Амфолиты
[править | править код]Амфолиты — молекулы, в структуре которых присутствуют как кислотные, так и основные группы, существующие в виде цвиттер-ионов при определённых значениях pH. Этот pH обозначается как изоэлектрическая точка молекулы. Амфолиты образуют растворы с хорошими буферными свойствами. Благодаря способности к выборочной ионизации они противодействуют изменению pH при добавлении кислоты или основания. В присутствии кислот они принимают на себя протоны, удаляя последние из раствора, и противодействуют повышению его кислотности. При добавлении оснований амфолиты высвобождают ионы водорода в раствор, препятствуя возрастанию pH, и тем сохраняя его равновесие.
Сложные ионы
[править | править код]В случае включения в молекулу большего, чем 2, числа функциональных групп, могут образовывать сложные молекулярные ионы и соли разнообразного состава, зависящего от кислотности раствора.[3]
Примеры
[править | править код]Типичными примерами цвиттер-ионов являются:
- Бетаин
- Большинство аминокислот при физиологическом рН являются цвиттер-ионными
- Таурин
Примечания
[править | править код]- ↑ zwitterionic compounds/zwitterions // IUPAC Gold Book. Дата обращения: 29 января 2012. Архивировано 5 ноября 2016 года.
- ↑ betaines // IUPAC Gold Book. Дата обращения: 29 января 2012. Архивировано 23 августа 2011 года.
- ↑ Anton P. Novikov, Alexey V. Safonov, Konstantin E. German, Mikhail S. Grigoriev. What kind of interactions we may get moving from zwitter to “dritter” ions: C–O⋯Re(O4) and Re–O⋯Re(O4) anion⋯anion interactions make structural difference between L-histidinium perrhenate and pertechnetate (англ.) // CrystEngComm. — 2023-12-01. — ISSN 1466-8033. — doi:10.1039/D3CE01164J. Архивировано 8 декабря 2023 года.