Tabla de Contenidos
Một phân tử lưỡng tính, còn được gọi là lưỡng tính, là một hợp chất hóa học có cấu trúc cho thấy hai vùng phân cực đối diện, một trong số đó là cực và do đó ưa nước trong khi vùng kia không phân cực, khiến nó kỵ nước hoặc ưa béo. Đây là một loại hợp chất hóa học rất quan trọng có thể tương tác đồng thời với pha nước và pha hữu cơ phân cực, tạo điều kiện hình thành các hỗn hợp ổn định giữa các pha này, chẳng hạn như huyền phù và chất keo. Mặt khác, chúng cũng là một loại hợp chất có thể làm cho sự hiện diện của các chất hữu cơ phân cực trong môi trường nước trở nên tương thích, điều này rất cần thiết cho sự tồn tại của sự sống, như chúng ta đã biết.
Từ nguyên của thuật ngữ lưỡng tính
Về mặt từ nguyên, thuật ngữ lưỡng tính được hình thành bởi sự kết hợp của hai từ Hy Lạp cổ đại:
amphis + pathikos
Amphis có nghĩa là “cả hai” hoặc “cả hai bên” và pathikos , từ này xuất phát từ tiếng Hy Lạp cổ đại pathos , dùng để chỉ “kinh nghiệm” hoặc “cảm giác”. Theo cách này, chúng ta có thể nói rằng thuật ngữ lưỡng tính dùng để chỉ một chất hóa học trải qua các tương tác khác nhau ở các mặt đối diện của cấu trúc của nó hoặc cảm thấy các lực hấp dẫn khác nhau ở cả hai mặt của phân tử.
Mặt khác, một từ đồng nghĩa phổ biến cho lưỡng tính là lưỡng tính, một thuật ngữ được sử dụng trong cả sinh học và hóa học để chỉ cùng một loại hợp chất. Thuật ngữ amphiphilic cũng xuất phát từ hai thuật ngữ Hy Lạp:
amphi + philia
Philia là một thuật ngữ Hy Lạp cổ đại có nghĩa là tình yêu, vì vậy thuật ngữ phân tử lưỡng tính dùng để chỉ một phân tử đồng thời là người yêu của cả nước (phân tử ưa nước) và các hợp chất không phân cực (phân tử ưa béo). Các phân tử ưa dầu còn được gọi là kỵ nước, vì bị thu hút bởi một chất không phân cực nhất thiết có nghĩa là đẩy nước.
Cấu trúc của các phân tử lưỡng tính
Như đã đề cập ở trên, một phân tử lưỡng tính có hai mặt với các đặc điểm phân cực khác nhau. Điều này là do một đầu của phân tử là cực, trong khi đầu kia là không phân cực.
Phần cực thường chỉ chiếm một phần nhỏ của phân tử, trong khi phần không phân cực thường bao gồm một chuỗi hydrocacbon dài, bão hòa hoàn toàn hoặc có một số chưa bão hòa. Do sự khác biệt về kích thước và số lượng nguyên tử tạo nên mỗi phần của phân tử, phần phân cực thường được gọi là phần đầu, trong khi phần không phân cực được gọi là phần đuôi.
Mô tả cấu trúc này cho phép chúng ta định nghĩa các phân tử lưỡng tính hoặc lưỡng tính là những hợp chất hóa học có đầu phân cực và đuôi không phân cực trong cấu trúc của chúng.
Đầu cực hoặc đầu ưa nước
Đầu cực của các phân tử lưỡng tính được đặc trưng bởi có các nhóm chức năng phân cực cao hoặc thậm chí là ion. Trong một số trường hợp đặc biệt quan trọng trong sinh học, chúng thậm chí có thể sở hữu các miền zwitterionic, tức là các phần của phân tử mang điện tích trái dấu nhưng có điện tích thực bằng không.
Một đặc điểm quan trọng khác của các nhóm chức có trong đầu phân cực của các phân tử lưỡng tính hoặc lưỡng tính là chúng có khả năng tạo thành một hoặc nhiều liên kết hydro với các phân tử nước. Nghĩa là, chúng là những nhóm có nguyên tử mang điện tích âm hoặc dương hoặc nhóm có nguyên tử có độ âm điện cao bị phân cực và có các cặp electron tự do mà chúng có thể chia sẻ với phân tử nước.
Mặc dù không thực sự cần thiết, nhưng các nhóm chức năng của các đầu cực cũng thường là protic, nghĩa là chúng có khả năng đóng vai trò là chất cho nguyên tử hydro trong quá trình hình thành liên kết hydro với nước.
Một số ví dụ về các nhóm chức năng thường được tìm thấy trên đầu cực của nhiều phân tử lưỡng tính là:
| Nhóm chức năng | Sự miêu tả |
| Các nhóm hydroxyl (–OH) | Các nhóm hydroxyl có trong các nhóm chức của rượu, phenol và các nhóm khác là các nhóm phân cực protic có khả năng hình thành tới ba liên kết hydro với nước, hai là chất nhận nguyên tử hydro và một là chất cho. |
| Nhóm cacboxyl (–COOH) | Chúng tương ứng với nhóm chức của axit cacboxylic, loại axit hữu cơ phổ biến nhất. Chúng là những nhóm protic có cực cao có thể tạo thành nhiều liên kết hydro với nước. |
| Nhóm amin (–NH 2 , –NHR hoặc –NR 2 ) | Các amin bậc một, bậc hai và bậc ba đều có liên kết phân cực và dạng hình chóp tam giác khiến chúng có cực. Trong mọi trường hợp, nitơ sở hữu một cặp electron đơn độc mà nó có thể chia sẻ để tạo thành liên kết hydro. Bầu cử sơ bộ và bầu cử thứ hai cũng có thể đóng vai trò là nhà tài trợ hydro với nước. |
| Muối của axit cacboxylic hoặc ion cacboxylat (–COO – ) | Chúng là những nhóm rất phổ biến trong xà phòng và các phân tử lưỡng tính khác. Các muối phân ly hoàn toàn trong dung dịch, tạo ra một nhóm mang điện tích âm và nhiều cặp đơn độc (tổng cộng 5 cặp) để tạo thành liên kết hydro với nước. |
| Muối amoni (–NH 3 + , –NRH 2 + hoặc –NR 2 H + ) | Sự proton hóa các amin bởi một axit tạo ra các ion amoni tích điện dương thể hiện tương tác lưỡng cực ion với các phân tử nước, thu hút các oxy trong nước, có một phần điện tích âm. |
| Amoni bậc bốn (–NR 4 + ) | Chúng là các nhóm chức cation trong đó nitơ được liên kết trực tiếp với bốn nhóm alkyl, tạo cho nitơ một điện tích dương chính thức. Giống như muối amoni, các nhóm này gắn với oxy trong nước thông qua tương tác ion-lưỡng cực. |
| Các nhóm axit khác và các bazơ liên hợp của chúng | Nhiều phân tử hữu cơ có thể được chức năng hóa bằng cách liên kết với chúng các nhóm axit vô cơ, tùy thuộc vào độ pH, có thể hoặc không thể bị proton hóa hoặc dưới dạng các bazơ liên hợp tương ứng của chúng. Chúng bao gồm các nhóm phốt phát (–OPO 3 2- ), sunfat (–OSO 3 – ) và sulfonat (–SO 3 – ) , v.v. |
| este | Ngoài các nhóm chức được đề cập ở trên, có rất nhiều loại este được hình thành do sự ngưng tụ giữa nhóm hydroxyl của rượu và axit. Axit này có thể là một axit cacboxylic ngắn, nhưng trong nhiều trường hợp, chúng là các axit oxh mạnh như axit sunfuric, nitric và photphoric. |
Ngoài các nhóm chức năng được đề cập trong bảng trên, còn có nhiều nhóm chức năng khác là một phần của các đầu cực của các phân tử lưỡng tính khác nhau. Tuy nhiên, đây là một số phổ biến nhất. Mặt khác, một đầu cực có thể có nhiều hơn một nhóm chức năng như đã đề cập ở trên, dẫn đến nhiều loại đầu cực khác nhau với các đặc tính khác nhau.
Đuôi cực, đầu ưa dầu hoặc đầu kỵ nước
Liên kết với đầu phân cực của một phân tử lưỡng tính, chúng ta sẽ luôn tìm thấy một hoặc nhiều đuôi không phân cực. Chúng được gọi là đuôi vì chúng luôn là các chuỗi nguyên tử carbon dài, trong hầu hết các trường hợp chứa hơn 10 nguyên tử cacbon và trong nhiều trường hợp hơn 20.
Liên kết carbon-carbon hoàn toàn không phân cực vì chúng là liên kết giữa các nguyên tử giống nhau. Hơn nữa, liên kết carbon-hydro cũng không phân cực vì cả hai nguyên tố đều có độ âm điện rất giống nhau. Điều này làm cho các chuỗi alkyl, alkenyl và alkynyl hoàn toàn không phân cực. Điều tương tự cũng xảy ra với các nhóm aryl (những nhóm có vòng thơm) và các hydrocacbon tuần hoàn khác .
Tại sao các dòng dài?
Lý do tại sao các đuôi phải dài để phân tử có tính lưỡng tính là vì nếu chúng quá ngắn, ngay cả khi không phân cực, tính phân cực của đầu có thể lấn át tính kỵ nước của chuỗi không phân cực, làm cho toàn bộ phân tử ưa nước. Đây là trường hợp, ví dụ, với các rượu mạch ngắn như metanol, etanol và các đồng phân của propanol, tất cả đều có thể trộn lẫn hoàn toàn với nước và không hòa tan trong dầu, mặc dù có các nhóm alkyl trong cấu trúc của chúng.
Mặt khác, tương tác chiếm ưu thế giữa các phân tử không phân cực là lực Van der Waals chẳng hạn như lực phân tán London. So với tương tác liên kết hydro và nhóm phân cực của nhóm phân cực và ion, các lực này rất yếu. Tuy nhiên, chúng tăng theo diện tích tiếp xúc và do đó, theo chiều dài của chuỗi carbon.
Dựa trên những điều trên, đối với một phân tử có đầu phân cực thể hiện hành vi kỵ nước có thể quan sát được cùng một lúc, và do đó được coi là một phân tử lưỡng tính thực sự, thì đuôi phân cực phải đủ dài cho các tương tác van der Waals giữa các chuỗi này, và giữa chúng với các chất không phân cực khác đủ mạnh để đẩy nước.
Ví dụ về các phân tử lưỡng tính
Phân tử lưỡng tính trong hóa học
Các phân tử lưỡng tính trong hóa học bao gồm toàn bộ họ hợp chất xà phòng và chất tẩy rửa, chất hoạt động bề mặt hoặc hợp chất hoạt động bề mặt, cho dù chúng là trung tính, anion hay cation. Một số ví dụ cụ thể về các phân tử lưỡng tính này là:
- natri palmitat
- Kali Dodecyl Sulfate
- 1-decanol
- nonadecylamoni clorua
- cocamidopropyl betaine
- Dimetyldioctadecylamoni clorua
- benzalkonium clorua
Phân tử lưỡng tính trong sinh học
Rất nhiều hợp chất và chất hóa học có nguồn gốc sinh học lớn là các phân tử lưỡng tính. Có lẽ phổ biến nhất là chất béo trung tính và axit béo, là thành phần chính của màng và thành tế bào ngăn cách bên trong tế bào với môi trường và tạo nên màng của các ngăn nội bào khác nhau và các bào quan khác của tế bào. tế bào.
Mặt khác, bản thân nhiều protein là các phân tử lưỡng tính khổng lồ có các axit amin chứa gốc ưa nước và kỵ nước được sắp xếp và định hướng để cung cấp cho protein cấu trúc bậc hai và bậc ba đặc trưng của chúng. Hơn nữa, đuôi kỵ nước và đầu ưa nước cũng đóng vai trò quan trọng trong vị trí và chức năng của protein.
Một số ví dụ cụ thể về các phân tử lưỡng tính sinh học quan trọng là:
- Triglyceride là một phần của chất béo, chẳng hạn như triolein (este giữa glycerol và 3 phân tử axit oleic), tripalmitin (este giữa glycerol và 3 phân tử axit palmitic) và tristearin (este giữa glycerol và 3 phân tử axit stearic).
- Monoglyceride như monolaurin và glyceryl monostearate.
Công dụng và tầm quan trọng của các phân tử lưỡng tính
Người ta luôn nói rằng nước là nền tảng của sự sống, nhưng điều này sẽ không thể thực hiện được nếu không có các phân tử lưỡng tính, vì các tế bào không thể hình thành nếu không có chúng. Điều này là do xu hướng tự nhiên của các phân tử lưỡng tính hoặc lưỡng tính để hình thành liposome và mixen, cũng như các loại màng khác nhau.
Nếu hỗn hợp nước, dầu và hợp chất lưỡng tính được chuẩn bị, thì các phân tử lưỡng tính sẽ phân bố dọc theo bề mặt phân cách giữa nước và dầu. Chúng sẽ có xu hướng được sắp xếp sao cho đầu phân cực vẫn hòa tan trong pha nước, trong khi đuôi kỵ nước hoặc ưa béo vẫn ở trong pha dầu.
Nếu hỗn hợp được lắc để phá vỡ lớp màng này, các cấu trúc có thể được hình thành trong đó các giọt dầu nhỏ được bao bọc bởi các phân tử lưỡng tính và được bao phủ bởi các đầu cực dễ phân tán trong ma trận nước. Những cấu trúc này được gọi là mixen. Đây là nguyên tắc hoạt động của xà phòng và chất tẩy rửa, vì chúng đóng gói và hòa tan các chất béo khác nhau và các tạp chất phân cực khác có thể có trên bề mặt hoặc trên vải.
Mặt khác, nếu chúng ta thêm các phân tử lưỡng tính vào nước tinh khiết và lắc, các phân tử lưỡng tính sẽ có xu hướng tạo thành một lớp kép với các chuỗi không phân cực bên trong và các đầu cực tiếp xúc với ma trận nước. Nếu bị lắc, các cấu trúc có thể được hình thành trong đó một phần của ma trận nước được bao bọc bởi màng kép này, do đó tạo thành liposome. Những liposome này là cơ sở của cấu trúc của các tế bào.
Người giới thiệu
Sinh học trực tuyến. (2022, ngày 18 tháng 3). Lưỡng tính – Định nghĩa và ví dụ – Từ điển trực tuyến về sinh học . Các bài báo, Hướng dẫn & Từ điển trực tuyến về Sinh học. https://www.biologyonline.com/dictionary/amphipathic
Bolívar, G. (2019, ngày 13 tháng 7). Các phân tử lưỡng tính: Cấu trúc, Đặc điểm, Ví dụ . cứu hộ. https://www.lifeder.com/moleculas-anfipaticas/
DBpedia bằng tiếng Tây Ban Nha. (nd). Giới thiệu: Phân tử lưỡng tính . https://es.dbpedia.org/page/Mol%C3%A9cula_anfif%C3%ADlica
Từ điển Merriam-Webster.com. (nd). lưỡng tính . Merriam-Webster. https://www.merriam-webster.com/dictionary/amphipathic
Trilonet. (nd). lipid Phân loại. lipid xà phòng hóa được. Lipid lưỡng tính . http://www.ehu.eus/biomoleculas/lipidos/lipid34.htm
