Zwitterion - Zwitterion
Em química , um zwiteri ( / t s v ɪ t ə ˌ r aɪ ə n / Tsvit -ə-centeio-ən ; de alemão Zwitter[ˈTsvɪtɐ] ' hermafrodita '), também chamado de sal interno , é uma molécula que contém um número igual de grupos funcionais carregados positivamente e negativamente . Com aminoácidos , por exemplo, em solução um equilíbrio químico será estabelecido entre a molécula "mãe" e o zwitterion.
Betaínas são zwitterions que não podem isomerizar para uma forma totalmente neutra, como quando a carga positiva está localizada em um grupo de amônio quaternário . Da mesma forma, uma molécula contendo um grupo fosfônio e um grupo carboxilato não pode isomerizar.
Aminoácidos
O equilíbrio é estabelecido em duas etapas. Em um estágio, um próton é transferido do grupo carboxila para uma molécula de água.
-
H
2N (R) CO
2H + H
2O ⇌ H
2N (R) CO-
2+ H
3O+
No outro estágio, um próton é transferido do íon hidrônio para o grupo amina
-
H
2N (R) CO-
2+ H
3O+
⇌ H
3N+
(R) CO-
2+ H
2O
No geral, a reação é uma reação de isomerização
-
H
2N (R) CO
2H ⇌ H
3N+
(R) CO-
2
A razão das concentrações das duas espécies em solução é independente do pH , pois é igual ao valor da constante de equilíbrio K para a reação de isomerização.
[X] significa a concentração da espécie química X em equilíbrio. É geralmente assumido que K > 1, ou seja, que o zwitterion é o isômero de aminoácido predominante em solução aquosa. Foi sugerido, com base na análise teórica, que o zwitterion é estabilizado em solução aquosa por ligação de hidrogênio com moléculas de água solvente. A análise dos dados de difração de nêutrons para glicina mostrou que ela estava na forma zwitteriônica no estado sólido e confirmou a presença de ligações de hidrogênio. Cálculos teóricos foram usados para mostrar que zwitterions também podem estar presentes na fase gasosa para alguns casos diferentes da transferência simples de ácido carboxílico para amina.
Os valores de p K a para a desprotonação dos aminoácidos comuns abrangem a faixa aproximada2,15 ± 0,2 . Isso também é consistente com o zwitterion sendo o isômero predominante que está presente em uma solução aquosa. Para comparação, o ácido carboxílico simples ácido propiônico ( CH
3CH
2CO
2H ) tem ap K um valor de 4,88.
Outros compostos
Isômeros do ácido sulfâmico , com o zwitterion (direita)
Estrutura de H 4 EDTA
O ácido sulfâmico cristaliza na forma de zwitterion.
Nos cristais de ácido antranílico, existem duas moléculas na célula unitária . Uma molécula está na forma de zwitterion, a outra não.
No estado sólido, H 4 EDTA é um zwitterion com dois prótons que foram transferidos de grupos de ácido carboxílico para os átomos de nitrogênio.
Estudos teóricos
Embora o equilíbrio, em solução, entre um composto e seu isômero zwitterion não possa ser estudado experimentalmente, alguns insights podem ser obtidos a partir dos resultados de cálculos teóricos. Um bom exemplo é fornecido com o fosfato de piridoxal, uma forma de vitamina B 6 . Um equilíbrio tautomérico foi previsto para obter em uma solução aquosa deste composto, favorecendo o zwitterion em que um próton é transferido do grupo fenólico -OH para o átomo de nitrogênio.
Betaínas e compostos semelhantes
O composto trimetilglicina , que foi isolado da beterraba sacarina , foi denominado "betaína". Mais tarde, outros compostos foram descobertos que contêm o mesmo motivo estrutural, um átomo de nitrogênio quaternário com um grupo carboxilato ligado a ele por meio de um link –CH 2 - . Atualmente, todos os compostos cuja estrutura inclui este motivo são conhecidos como betaínas. As betaínas não isomerizam porque os grupos químicos ligados ao átomo de nitrogênio não são lábeis . Esses compostos podem ser classificados como zwitterions permanentes, pois a isomerização a uma molécula sem cargas elétricas não ocorre ou é muito lenta.
Outros exemplos de zwitteriões permanentes incluem fosfatidilcolinas e psilocibina , que também contêm um átomo de azoto quaternário, mas com um grupo fosfato carregado negativamente no lugar de um grupo carboxilato; e surfactantes pulmonares, tais como dipalmitoilfosfatidilcolina .
Trimetilglicina (nome trivial betaína)
Exemplo de uma fosfatidilcolina
Lauramidopropil betaína, o principal componente da cocamidopropil betaína
Zwitterions conjugados
Os compostos conjugados fortemente polarizados (zwitterions conjugados) são tipicamente muito reativos, compartilham caráter diradical , ativam ligações fortes e pequenas moléculas e servem como intermediários transitórios na catálise. As entidades doador-aceitadoras são de grande uso em fotoquímica ( transferência de elétrons fotoinduzida ), eletrônica orgânica , comutação e detecção .