所述两亲性或两性分子是那些能感觉到亲和力或排斥同时对于给定的溶剂。溶剂在化学上分为极性或非极性。亲水或疏水的。因此,这些类型的分子可以“爱”水,因为它们也可以“讨厌”水。
根据先前的定义,只有一种方法可以实现:这些分子在其结构内必须具有极性和非极性区域;它们或多或少是均匀分布的(例如蛋白质),或者它们是异质定位的(在表面活性剂的情况下)
气泡是由于两亲性表面活性剂的作用而使气液界面产物的表面张力降低而引起的物理现象。资料来源:Pexels。
表面活性剂,也称为去污剂,可能是自远古时代以来最著名的两亲性分子。自从曼被泡沫的奇异的表面现象所吸引,他关心肥皂和清洁产品的制备后,就一再遇到表面张力现象。
观察气泡与观察“陷阱”相同,该陷阱的两壁分子排列形成的壁保留了空气中的气体。它们的球形在数学和几何上最稳定,因为它们使空气-水界面的表面张力最小。
也就是说,已经讨论了两亲分子的其他两个特征:它们趋于缔合或自组装,并且在液体中具有较低的表面张力(可以将其称为表面活性剂)。
由于高度缔合的趋势,这些分子打开了对其纳米聚集体和组成它们的超分子的形态学(甚至建筑学)研究的领域。目的是设计可以与细胞及其生化基质发生不可计量的功能化和相互作用的化合物。
结构体
两亲分子的一般结构。资料来源:加布里埃尔·玻利瓦尔(GabrielBolívar)。
据称两亲或两亲分子具有极性区域和非极性区域。非极性区域通常由饱和或不饱和碳链(具有双键或三键)组成,表示为“非极性尾部”;伴随着一个“极性头”,其中最具负电性的原子存在于其中。
上部的一般结构说明了上一段中的注释。极性头(紫色球)可以是具有永久偶极矩的官能团或芳香环,并且也能够形成氢键。因此,最高的氧气和氮气含量必须位于此处。
在此极性头中,也可以存在离子,负或正电荷(或同时存在)。该区域显示出对水和其他极性溶剂的高度亲和力。
另一方面,给定其主要的CH键,非极性尾部通过伦敦散射力相互作用。该区域负责两亲分子也对空气中的脂肪和非极性分子(N 2,CO 2,Ar等)具有亲和力。
在某些化学文献中,将上部结构的模型与棒棒糖的形状进行了比较。
分子间相互作用
当两亲分子与极性溶剂(例如水)接触时,其区域会对溶剂分子产生不同的影响。
首先,水分子试图使极性头溶解或水合,远离非极性尾巴。在这个过程中,产生了分子混乱。
同时,非极性尾部周围的水分子倾向于像小晶体一样排列自己,从而使它们的排斥最小。在此过程中,将创建分子顺序。
在疾病和秩序之间,两亲分子将寻求与另一种分子相互作用,这将导致更加稳定的过程。
杂记
两者都将通过它们的非极尾或极头接近,以使相关区域首先相互作用。这与在上方图像中想象两个“紫色棒棒糖”,缠绕它们的黑尾巴或将其两个紫色的头缠结在一起是相同的。
因此,开始出现一种有趣的缔合现象,其中几个这样的分子连续地连接在一起。它们不是任意关联的,而是根据一系列结构参数确定的,这些参数最终将非极性尾部隔离为一种“非极性核”,同时将极性头暴露为极性壳。
据说那时已经出现了球形的cel骨。但是,在形成油cel的过程中,存在一个初步阶段,该阶段包括所谓的脂质双层。这些和其他是两亲分子可以采用的许多宏观结构中的一些。
两亲分子的特征
协会
两亲性分子形成的球形杂物。资料来源:加布里埃尔·玻利瓦尔(GabrielBolívar)。
如果以非极性尾巴为黑色单位,而极性头为紫色单位,则可以理解为什么在上图中,睫状cel的树皮为紫色而其核为黑色。原子核是非极性的,它与水或溶剂分子的相互作用为零。
另一方面,如果溶剂或介质是非极性的,则极性头将受到排斥作用,因此它们将位于杂胶的中心;也就是说,它被反转了(A,下图)。
不同类型的杂项结构或形态。资料来源:加布里埃尔·玻利瓦尔(GabrielBolívar)。
观察到反向的杂菌素具有黑色的无极性壳和紫色的极核。但是,在形成胶束之前,发现两亲分子分别改变了溶剂分子的顺序。随着浓度的增加,它们开始缔合为一层或两层结构(B)。
薄片从B开始弯曲以形成D(囊泡)。取决于非极性尾部相对于其极性头的形状的另一种可能性是,它们相互结合以产生圆柱状的杂胶(C)。
纳米聚集体和超分子
因此,存在五个主要结构,这些结构揭示了这些分子的基本特征:它们高度缔合并自组装为超分子的趋势,这些分子聚集形成纳米聚集体。
因此,两亲分子不是单独存在而是关联存在。
物理
两亲性分子可以是中性或带电荷的。具有负电荷的那些在其极性头中具有带有负形式电荷的氧原子。一些这些氧原子来自官能团,例如-COO -,-SO 4 -,-SO 3 -或-PO 4 - 。
关于正电荷,它们通常来自胺RNH 3 +。
这些电荷的存在或不存在不会改变这些分子通常形成结晶固体的事实。或者,如果它们相对较轻,则以油的形式发现。
例子
两亲或两亲分子的一些例子如下:
-叶脂:磷脂酰乙醇胺,鞘磷脂,磷脂酰丝氨酸,磷脂酰胆碱。
-胆固醇。
-糖脂。
-月桂基硫酸钠。
-蛋白质(它们是两亲的,但不是表面活性剂)。
-酚类脂肪:腰果酚,腰果酚和抗心酸。
-十六烷基三甲基溴化铵。
-脂肪酸:棕榈酸,亚油酸,油酸,月桂酸,硬脂酸。
-长链醇:1-十二烷醇等。
-两亲聚合物:例如乙氧基化酚醛树脂。
应用领域
细胞膜
这些分子缔合能力的最重要后果之一是它们会形成一种壁:脂质双层(B)。
该双层延伸以保护和调节化合物进入细胞的进入和退出。它是动态的,因为其非极性尾巴旋转有助于两亲分子移动。
同样,当将该膜连接到两端时,为了使其垂直放置,可用于测量其渗透性。因此,通过合成具有不同结构参数的两亲分子,可获得用于生物材料和合成膜设计的有价值数据。
分散剂
在石油工业中,这些分子以及由它们合成的聚合物被用于分散沥青质。该应用的重点在于以下假设:沥青质由胶态固体组成,极易以棕黑色固体的形式絮凝和沉淀,这会引起严重的经济问题。
面对油中的理化变化,两亲性分子有助于使沥青质长时间分散。
乳化剂
这些分子帮助两种液体混合,这在正常条件下是不会混溶的。例如,在冰淇淋中,它们帮助水和空气与脂肪一起形成同一固体的一部分。为此目的最广泛使用的乳化剂是衍生自可食用脂肪酸的那些。
清洁剂
这些分子的两亲性质用于捕获脂肪或非极性杂质,然后同时被极性溶剂(例如水)洗掉。
就像气泡被困在空气中的例子一样,清洁剂会将脂肪捕获在其胶束中,该胶束具有极性壳,可以与水有效地相互作用以去除污垢。
抗氧化剂
极头至关重要,因为它们定义了这些分子在体内的多种用途。
例如,如果它们具有一组芳香环(包括酚环的衍生物)和能够中和自由基的极性环,则将存在两亲性抗氧化剂;如果它们还没有毒性作用,那么市场上就会有新的抗氧化剂。
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