En química , un zwitterión ( / ˈ t s v ɪ t ə ˌ r aɪ ə n / TSVIT -ə-ry-ən ; del alemán Zwitter [ˈtsvɪtɐ] ' hermafrodita '), también llamado sal interna o ion dipolar , [1] es una molécula que contiene un número igual 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 iones bipolares que no pueden isomerizarse a una forma totalmente neutra, como cuando la carga positiva se encuentra en un grupo amonio cuaternario . De manera similar, una molécula que contiene un grupo fosfonio y un grupo carboxilato no puede isomerizarse.
La tautomería de los aminoácidos sigue esta estequiometría:
La relación de las concentraciones de las dos especies en solución es independiente del pH .
Se ha sugerido, sobre la base del análisis teórico, que el zwitterión se estabiliza en solución acuosa mediante la unión de hidrógeno con las moléculas de agua del 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 para algunos casos diferentes 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 coherente con el hecho de que el zwitterión sea el isómero predominante presente en una solución acuosa. A modo de comparación, el ácido carboxílico simple ácido propiónico ( 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 zwitterión con dos protones que se han transferido desde los grupos de ácido carboxílico a los 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 zwitterion.
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 un protón se transfiere del grupo fenólico -OH al átomo de nitrógeno. [9]
Como los tautómeros son compuestos diferentes, a veces tienen estructuras lo suficientemente diferentes como para que se los pueda detectar independientemente en su mezcla, lo que permite el análisis experimental del equilibrio. [10]
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 mediante 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 zwitteriones permanentes, ya que la isomerización a una molécula sin cargas eléctricas no ocurre, 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; 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 dirradical , activan enlaces fuertes y moléculas pequeñas y sirven como intermediarios transitorios en la catálisis. [13] Las entidades donadoras-aceptoras son de gran uso en fotoquímica ( transferencia de electrones fotoinducida ), electrónica orgánica , conmutación y detección .