
偶极离子(Dipolar Ion),又称两性离子(Zwitterion),是指同一分子内同时携带一个正电荷和一个负电荷,且整体呈电中性的特殊离子形式。其核心特征在于分子内部存在电荷分离现象,形成永久性偶极矩。以下是详细解释:
电荷平衡
偶极离子同时含有带正电的基团(如质子化的氨基 -NH₃⁺)和带负电的基团(如去质子化的羧基 -COO⁻),正负电荷数量相等,净电荷为零。
示例:氨基酸在等电点(pI)时,氨基与羧基发生分子内质子转移,形成偶极离子结构: $$ ce{H2N-CHR-COOH <=> ^+H3N-CHR-COO^-} $$
偶极矩特性
因正负电荷中心不重合,分子产生显著偶极矩(μ),方向由负电荷指向正电荷。偶极矩大小与电荷距离成正比,计算公式为:
$$ mu = q times d $$
其中 ( q ) 为电荷量,( d ) 为正负电荷中心间距。
pH依赖性
偶极离子常见于两性电解质(如氨基酸、蛋白质),其形成受溶液pH调控。当pH等于等电点(pI)时,分子以偶极离子形式为主。
参考依据:生物化学教材中关于氨基酸等电点的经典论述(来源:Lehninger Principles of Biochemistry)。
分子内盐键
正负电荷通过静电吸引形成分子内盐键(Internal Salt Bond),增强结构稳定性,这也是偶极离子溶解度低于带电形式的原因之一。
蛋白质结构与功能
蛋白质中的氨基酸残基在生理pH下多以偶极离子态存在,维持其三维结构和酶活性(来源:Berg et al., Biochemistry, 9th Edition)。
药物递送载体
人工合成的偶极离子聚合物(如聚两性电解质)因其pH响应性,被用于靶向药物释放系统(来源:Journal of Controlled Release, 2020年综述)。
偶极离子是“同时携带分离的正负电荷且净电荷为零的分子”(来源:IUPAC Gold Book, dipolar ion词条)。
《英汉化学化工词汇》将其译为“偶极离子”,强调其电荷分离特性(来源:科学出版社,第5版)。
偶极离子(又称两性离子)是指同一分子内同时带有正、负两种电荷,但整体呈电中性的离子。其核心特征是分子内部存在电荷分离,形成极性结构。
电荷分布
分子中既有带正电的部分(如氨基质子化形成的-NH₃⁺),又有带负电的部分(如羧酸根-COO⁻),但正负电荷总量相等,因此整体对外不显电性。
结构形成条件
通常出现在两性物质中,例如氨基酸、蛋白质等。当分子处于特定pH环境(如等电点)时,酸性基团释放质子,碱性基团接受质子,形成偶极结构。例如甘氨酸的偶极离子形式为:
$$
text{H₃N⁺-CH₂-COO⁻}
$$
与极性分子的区别
偶极离子强调分子内部电荷分离且整体中性,而极性分子仅指分子内有电负性差异导致的偶极矩(如H₂O),不要求正负电荷共存。
实际应用
在生物体内广泛存在,如细胞膜表面的磷脂分子、酶活性中心等。这种结构增强了分子的水溶性和化学反应活性。
若需更专业的化学文献或实验数据,建议查阅《基础生物化学》或《物理化学》教材进一步验证。
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