「ツヴィッテリオン」という名前は、「雌雄同体」または「ハイブリッド」にほぼ匹敵するドイツ語の「ツイッター」に由来します。両性イオンには 2 つの官能基があります。それらは、正と負に帯電した両方のイオンを運びます。その結果、両性イオンは大部分が電気的に中性です (正味の形式電荷は一般にゼロです)。「分子内塩」は両性イオンの別名です。双極性化合物は通常、双性イオンとして分類されません。唯一の違いは、アミンオキシドの正と負の符号が正式な電荷を示すために使用されることです。双性イオンは、酸性、塩基性、または中性のリードを扱う場合、薬理学的設計で検討する価値があるかもしれません.
両性イオンの定義
双性イオンとは何？ 「両性イオンは、正と負の両方の電荷領域を持つ分子として定義できます。」固体形態では、両性イオンアミノ酸は双極性イオンとして存続します。化合物が両性イオンであるかどうかを調べる場合、データが必要な pH 範囲を指定することが重要です (適切なアルカリ溶液は双性イオンを陰イオンに変換し、適切な酸性溶液は双性イオンを陽イオンに変換するため)。 /P>
以下は、いくつかの両性イオン プロパティのリストです:-
- 両性イオンは、酸または塩基グループなど、正および負に帯電したイオンを持つ化合物です。両性電解質は、酸性基と塩基性基の両方を持つ化合物の一般的な例です。
- 共有結合の原子は、正と負に帯電したイオンを両性イオンにまとめます。
- これらの化合物は正と負の両方の電気イオンを持っているため、単位電荷が原子から離れているため安定しています。
- アンモニウム酸によって作られるものなど、ほとんどの両性イオンはアンモニウム カチオンを持っています。
両性イオンアミノ酸
アミノ酸は、すべての生きている細胞のタンパク質の基本的なビルディング ブロックです。それらは、カルボキシル基とアミノ基の両方で構成される化合物です。タンパク質には、20 種類の異なるアミノ酸が含まれています。それらは同じ構造を持ち、R はアミノ酸の 20 の潜在的な側鎖のいずれかを表します。
アミノ基 (-NH3+) は中性 pH レベルで正電荷を示し、カルボキシル基 (COO-) は負電荷を示します。これは、双性イオン状態の最も基本的なアミノ酸であるグリシンの写真です:
双性イオンアミノ酸のもう 1 つの興味深い特徴は、分子に他の荷電基が含まれていない場合、正味の電荷がないことです。はい、正電荷 (+1) と負電荷 (-1) の合計はゼロ (中性) です。
アミノ酸を除いて、酸と塩基の中心を含む化合物は双性イオンの形を生成できます。その例のいくつかは、ビシン、トリシン、固体スルファミン酸、およびサイロシビンのようなアルカロイドです.
両性イオンの特性に影響する pH 値
ただし、双性イオンは必ずしも双性イオンではありません。これらの化合物は、中性の pH レベルを持っています。その基はさまざまな電荷を獲得したり、pH レベルが 7 より上または下で中性になったりします。pH が低い場合や酸性の場合、水素イオンがカルボキシル基と結合して中性になります。アミノ酸の正味電荷は 1 になりました。高いまたは塩基性の pH レベルで余分な塩基が N の水素イオンを除去し、アミノ基を中和します。その結果、アミノ酸の正味電荷は -1 になります。
等電点
- 両性イオン (pI) ごとに等電点があります。両性イオンが帯電していない pH は、等電点として知られています。 pH は、陽子 (H+) を追加することによって分子の電荷を変更できます。
- アミノ酸のアミノ基は強力なプロトン受容体として機能するため、塩基性と見なされます。カルボキシル基は酸性と見なされ、陽子供与体として機能します。
- 双性イオンアミノ酸の等電点は、2 つの官能基の pKa 値を平均することによって決定できます。 20 種類のアミノ酸それぞれの官能基がこれに影響します (R 基)。
- アミノ酸の平均等電点は 5.5 です。これは、アミノ基の平均 pKa が 9 であり、カルボキシル基の平均 pKa が 2 であるためです。つまり、アミノ酸は通常、全体の電荷がゼロです。 pH 5.5.
pH値の計算
等電点での pH 値は、両性イオンの平衡定数 (酸と塩基) から計算できます。式は次のとおりです。
pI =(pKa1 + pKa2 )/ 2
どこで、
pI =等電点、
Ka1 =酸の平衡定数。
Ka2 =塩基の平衡定数。
両性イオンの応用
双性イオン化合物は、分子鎖上に等しいカチオン基とアニオン基を備えているため、非常に親水性と防汚性に優れています。それらは、細菌の付着、バイオフィルム、および非特異的なタンパク質吸着の形成に耐えることができます。したがって、それらは、生物学的および医学的に関連する多数のドメインでの使用に大きな可能性をもたらします。以下は、その典型的なアプリケーションの一部です:
SDS ページ
両性イオンには多くの有用な用途がありますが、分子生物学で最も広く普及している実用的な手法の 1 つは SDS PAGE です。この電気泳動法は、分子量に従ってタンパク質分子を分割します。グリシンは、SDS PAGE で使用される混合物の重要な要素の 1 つです。グリシンの両性イオン特性は、タンパク質分離へのこのアプローチにとって重要です。さまざまな SDS PAGE セクションの pH が異なるため、混合物中のグリシンの電荷がさまざまな場所で異なります。荷電および非荷電グリシンは、溶液中に存在する塩化物イオンと組み合わせて使用され、すべてのタンパク質が濃縮バンドを形成し、同時にゲルを移動します。
両性イオンポリマー (化合物)
両性イオンポリマーとして知られる長い分子は、両端に正と負の両方に帯電した官能基を持っています。重要な用途の 1 つは、防汚機能によってバイオ フィルムの発達と微生物の付着を防ぐことです。両性イオンポリマーは、ボートや桟橋での水中生物の成長を防ぐために、海洋部門で利用されています。両性イオンポリマーの防汚機能は、医療産業、ドラッグデリバリー、医療インプラント、海洋産業の 2 つの分野で有用であり、ボートやドックでの水中生物の蓄積を防ぎます。
医療での使用
強力な防汚特性に加えて、両性イオン材料には他の利点があります。それらは生体適合性を高め、免疫反応を減らし、循環時間を延長し、伝統的な化学薬品と治療遺伝子の細胞取り込みを可能にします.
有益な詳細水溶液中での明確に定義された相転移、双性イオン特性、およびイオン交換、錯体形成材料、触媒、統合薬物、血液、大環状分子、タンパク質安定化、および電子的用途としての潜在的な用途により、双性イオンポリマーは注目されています。実装の可能性と基本的な科学実験の両方 |
両性イオンのその他の例
大多数の人は、両性イオンについて話すとき、最初にアミノ酸を考えます.しかし、他の化合物もアミノ酸と同じ双極性イオン構造を持つことができます。スルファミン酸 (NH3 SO3 ) は硫酸 (H2) ほど認識されていません。 SO4 ) と亜硫酸 (H2 SO3 ）。石灰やサビの除去に効果があるため、塩酸の代替として清掃用品に使用されています。双性イオンアミノ酸と同様に、窒素は + 電荷を持ち、酸素は - 電荷を持ちます。非常に長い分子の場合、一端に + 基と - 基がある場合があります。洗剤のような化合物には、それらが含まれていることがよくあります。
覚えておくべきこと
- 両性イオンとして知られる活性基分子には、少なくとも 1 つの正と負の電荷があります。
- 両性イオンの最も適切な例はアミノ酸です。
- 水分子との静電引力により、両性イオンは吸着と強力な水和に対するより大きなバリアを作成します。
- 両性イオンは電気的に中性であるため、電場を移動しません。
- SDS PAGE (ドデシル硫酸ナトリウム - ポリアクリルアミドゲル電気泳動) メソッドを使用してタンパク質分子を分離する場合、両性イオンが頻繁に利用されます。
結論
過去数十年にわたって、産業、電気、バイオテクノロジー、および生物学的用途のために、大量の革新的な材料が広範囲に調査および作成されてきました。生体材料の分野で現在多くの注目を集めているこれらの化合物の 1 つは、その極端な生体適合性、親水性、および防汚能力による両性イオン ポリマーです。双性イオンは、「分子内塩」と呼ばれることがあります。双極性物質は通常、両性イオンとは見なされません。アミンオキシドの正と負のマークは形式電荷を表します。両性イオンは、酸性、塩基性、または中性のリードを扱う際のバイオ医薬品の検討に役立ちます。
両性イオンに関するよくある質問
Q1.双性イオンとは?
答え: 2 つの官能基を持つイオンは双性イオンと呼ばれます。簡単に言えば、プラスとマイナスの両方の電気を帯びたイオンです。両性イオンは電気的に中性であることがほとんどです (正味の形式電荷はほとんどゼロです)。両性イオンは「分子内塩」と呼ばれることもあります
Q2.双性イオンアミノ酸とは？
答え: 正イオンと負イオンの両方を持つ分子は、双性イオンとして知られています。カルボン酸イオンは双性イオン アミノ酸に負電荷を提供し、アンモニウム イオンは正電荷を提供します。
Q3.両性イオンはどのように形成されますか?
答え: 両性イオンは、アミノ基とカルボキシル基が結合して形成される双極性イオンです。その結果、アミノ酸がその大部分を占めます。両性イオンでは、アミン基は正電荷を持ち、カルボキシル基は負電荷を持ちます
Q4.両性イオンは常に中立ですか?
答え: 電気的に中性であるため、両性イオンは電場内を移動しません。酸性媒体 (pH レベル 2 未満) では、アミノ酸の最も一般的な形態は正に帯電しており、陰極に向かって流れます。
