En química , un zwitterión ( / ˈ t s v ɪ t ə ˌ r aɪ ə n / TSVIT -ə-rye-ən ; del alemán Zwitter [ˈtsvɪtɐ] ' hermafrodita '), también llamada sal interna o ion dipolar , [1] es una molécula que contiene igual número de grupos funcionales cargados positiva y negativamente . [2] Con los aminoácidos , por ejemplo, en solución se establecerá un equilibrio químico entre la molécula "parental" y el zwitterión.
Las betaínas son zwitteriones 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 isomerizarse.
La tautomería de aminoácidos sigue esta estequiometría:
La relación de las concentraciones de las dos especies en solución es independiente del pH .
Se ha sugerido, basándose en análisis teóricos, que el zwitterión se estabiliza en solución acuosa mediante enlaces de hidrógeno con moléculas de agua disolvente. [3] El análisis de los datos de difracción de neutrones para la glicina mostró que estaba en forma zwitteriónica en estado sólido y confirmó la presencia de enlaces de hidrógeno. [4] Se han utilizado cálculos teóricos para demostrar que los zwitteriones también pueden estar presentes en la fase gaseosa en algunos casos distintos de la simple transferencia de ácido carboxílico a amina. [5]
Los valores de p K a para la desprotonación de los aminoácidos comunes abarcan el rango aproximado2,15 ± 0,2 . Esto también es consistente con el hecho de que el zwitterión es el isómero predominante que está presente en una solución acuosa. A modo de comparación, el ácido carboxílico propiónico simple ( CH 3 CH 2 CO 2 H ) tiene un valor de p K de 4,88.
El ácido sulfámico cristaliza en forma de zwitterión. [6]
En los cristales de ácido antranílico hay dos moléculas en la celda unitaria . Una molécula está en forma de zwitterión, la otra no. [7]
En estado sólido, el H 4 EDTA es un ion híbrido con dos protones transferidos de grupos de ácido carboxílico a átomos de nitrógeno. [8]
En la psilocibina , el protón del grupo dimetilamino es lábil y puede saltar al grupo fosfato para formar un compuesto que no es un zwitterión.
Se puede obtener información sobre el equilibrio en solución a partir de los resultados de los cálculos teóricos. Por ejemplo, se predice que el fosfato de piridoxal, una forma de vitamina B 6 , en solución acuosa tiene un equilibrio que favorece una forma tautomérica en la que se transfiere un protón del grupo -OH fenólico al átomo de nitrógeno. [9]
Debido a que los tautómeros son compuestos diferentes, a veces tienen estructuras lo suficientemente diferentes como para que puedan detectarse de forma independiente en su mezcla. Esto permite el análisis experimental del equilibrio. [10]
El compuesto trimetilglicina , aislado de la remolacha azucarera , recibió el nombre de "betaína". Posteriormente, se descubrieron otros compuestos que contienen el mismo motivo estructural, un átomo de nitrógeno cuaternario con un grupo carboxilato unido a él mediante un enlace –CH 2 – . En la actualidad, se conocen como betaínas a todos los compuestos cuya estructura incluye este motivo. Las betaínas no se isomerizan porque los grupos químicos unidos al átomo de nitrógeno no son lábiles . Estos compuestos pueden clasificarse como zwitteriones permanentes, ya que la isomerización a una molécula sin carga eléctrica no se produce o es muy lenta. [11]
Otros ejemplos de zwitteriones permanentes incluyen fosfatidilcolinas, que también contienen un átomo de nitrógeno cuaternario, pero con un grupo fosfato cargado negativamente en lugar de un grupo carboxilato; las sulfobetaínas , que contienen un átomo de nitrógeno cuaternario y un grupo sulfonato cargado negativamente; [12] y surfactantes pulmonares como dipalmitoilfosfatidilcolina . La lauramidopropil betaína es el componente principal de la cocamidopropil betaína.
Los compuestos conjugados fuertemente polarizados (zwitteriones conjugados) suelen ser muy reactivos, comparten un carácter diradical , activan enlaces fuertes y moléculas pequeñas y sirven como intermediarios transitorios en la catálisis. [13] Las entidades donantes-aceptoras son de gran utilidad en fotoquímica ( transferencia de electrones fotoinducida ), electrónica orgánica , conmutación y detección .