โครงสร้างโมเลกุลของแอมฟิพาทิกลักษณะตัวอย่าง - เคมี

โมเลกุล amphipathic หรือ amphiphilicเป็นผู้ที่สามารถรู้สึกความสัมพันธ์หรือการขับไล่ไปในเวลาเดียวกันสำหรับตัวทำละลายที่กำหนด ตัวทำละลายถูกจัดประเภททางเคมีเป็นขั้วหรืออะโพลาร์ ชอบน้ำหรือไม่ชอบน้ำ ดังนั้นโมเลกุลประเภทนี้จึงสามารถ "รัก" น้ำได้เนื่องจากพวกเขาสามารถ "เกลียด" ได้เช่นกัน

ตามคำจำกัดความก่อนหน้านี้มีทางเดียวเท่านั้นที่จะเป็นไปได้: โมเลกุลเหล่านี้ต้องมีบริเวณขั้วและขั้วภายในโครงสร้าง ไม่ว่าจะมีการกระจายตัวเป็นเนื้อเดียวกันมากหรือน้อย (เช่นในกรณีของโปรตีนเป็นต้น) หรือมีการแปลไม่เหมือนกัน (ในกรณีของสารลดแรงตึงผิว)

ฟองอากาศเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เกิดจากการลดแรงตึงผิวของส่วนต่อประสานอากาศและของเหลวเนื่องจากการกระทำของสารลดแรงตึงผิวซึ่งเป็นสารประกอบแอมฟิฟิลิก ที่มา: Pexels

สารลดแรงตึงผิวหรือที่เรียกว่าผงซักฟอกอาจเป็นโมเลกุลแอมฟิพาทิกที่รู้จักกันดีที่สุดตั้งแต่ไหน แต่ไรมา นับตั้งแต่ที่มนุษย์หลงใหลในโหงวเฮ้งที่แปลกประหลาดของฟองสบู่และกังวลเกี่ยวกับการเตรียมสบู่และผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดเขาก็ได้พบกับปรากฏการณ์แรงตึงผิวครั้งแล้วครั้งเล่า

การสังเกตฟองก็เหมือนกับการเห็น "กับดัก" ซึ่งผนังซึ่งเกิดจากการเรียงตัวของโมเลกุลแอมฟิพาทิกจะกักเก็บก๊าซในอากาศไว้ รูปทรงกลมมีเสถียรภาพทางคณิตศาสตร์และทางเรขาคณิตมากที่สุดเนื่องจากช่วยลดแรงตึงผิวของส่วนต่อประสานกับน้ำในอากาศ

ที่กล่าวว่ามีการกล่าวถึงลักษณะอื่น ๆ อีกสองอย่างของโมเลกุลแอมฟิพาทิก: พวกมันมีแนวโน้มที่จะเชื่อมโยงหรือประกอบตัวเองและความตึงเครียดที่พื้นผิวต่ำกว่าในของเหลว (สิ่งที่สามารถทำได้เรียกว่าสารลดแรงตึงผิว)

อันเป็นผลมาจากความมีแนวโน้มสูงที่จะเชื่อมโยงโมเลกุลเหล่านี้จึงเปิดช่องทางการศึกษาทางสัณฐานวิทยา (และแม้กระทั่งสถาปัตยกรรม) เกี่ยวกับนาโนแอกเกิลและโมเลกุลเหนือโมเลกุลที่ประกอบขึ้น โดยมีจุดมุ่งหมายในการออกแบบสารประกอบที่สามารถใช้งานได้และมีปฏิสัมพันธ์ในรูปแบบที่วัดไม่ได้กับเซลล์และเมทริกซ์ทางชีวเคมี

โครงสร้าง

โครงสร้างทั่วไปของโมเลกุลแอมฟิพาทิก ที่มา: Gabriel Bolívar

กล่าวกันว่าโมเลกุลแอมฟิฟิลิกหรือแอมฟิพาทิกมีบริเวณขั้วและส่วนปลาย โดยปกติแล้วภูมิภาค apolar จะประกอบด้วยโซ่คาร์บอนอิ่มตัวหรือไม่อิ่มตัว (มีพันธะคู่หรือสาม) ซึ่งแสดงเป็น "apolar tail"; มาพร้อมกับ "หัวขั้ว" ซึ่งอะตอมอิเล็กโทรเนกาติวิตีส่วนใหญ่อาศัยอยู่

โครงสร้างทั่วไปส่วนบนแสดงความคิดเห็นในย่อหน้าก่อนหน้า หัวขั้ว (ทรงกลมสีม่วง) อาจเป็นหมู่ฟังก์ชันหรือวงแหวนอะโรมาติกที่มีโมเมนต์ไดโพลถาวรและยังสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้ ดังนั้นจึงต้องมีปริมาณออกซิเจนและไนโตรเจนสูงสุดอยู่ที่นั่น

ในหัวที่มีขั้วนี้อาจมีประจุไอออนิกประจุลบหรือบวก (หรือทั้งสองอย่างพร้อมกัน) บริเวณนี้เป็นบริเวณที่แสดงความสัมพันธ์สูงสำหรับน้ำและตัวทำละลายที่มีขั้วอื่น ๆ

ในทางกลับกันหางที่ไร้ขั้วซึ่งได้รับพันธะ CH ที่โดดเด่นมีปฏิสัมพันธ์ผ่านกองกำลังกระจัดกระจายของลอนดอน ภูมิภาคนี้รับผิดชอบต่อข้อเท็จจริงที่ว่าโมเลกุลแอมฟิพาทิกยังแสดงความสัมพันธ์ของไขมันและโมเลกุลอะโพลาร์ในอากาศ (N ₂ , CO ₂ , Ar ฯลฯ )

ในตำราเคมีบางเล่มจะเปรียบเทียบแบบจำลองโครงสร้างส่วนบนกับรูปร่างของอมยิ้ม

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล

เมื่อโมเลกุลแอมฟิพาทิกสัมผัสกับตัวทำละลายที่มีขั้วให้พูดว่าน้ำบริเวณของมันจะมีผลต่อโมเลกุลของตัวทำละลายที่แตกต่างกัน

ในการเริ่มต้นโมเลกุลของน้ำจะพยายามละลายหรือให้ความชุ่มชื้นที่หัวขั้วโดยอยู่ห่างจากส่วนหางที่ไร้ขั้ว ในกระบวนการนี้มีการสร้างความผิดปกติของโมเลกุล

ในขณะเดียวกันโมเลกุลของน้ำที่อยู่รอบ ๆ ส่วนหางของ apolar มักจะจัดเรียงตัวเองราวกับว่าพวกมันเป็นผลึกขนาดเล็กดังนั้นจึงช่วยลดแรงขับไล่ได้ ในกระบวนการนี้จะมีการสร้างลำดับโมเลกุล

ระหว่างความผิดปกติและคำสั่งจะมีจุดที่โมเลกุลแอมฟิพาทิกจะพยายามโต้ตอบกับอีกอันหนึ่งซึ่งจะส่งผลให้กระบวนการมีเสถียรภาพมากขึ้น

Miscellas

ทั้งสองจะเข้าหากันโดยผ่านหางที่ไม่มีขั้วหรือหัวขั้วโลกในลักษณะที่ภูมิภาคที่เกี่ยวข้องโต้ตอบกันก่อน เช่นเดียวกับการจินตนาการว่า "อมยิ้มสีม่วง" สองตัวในแนวทางภาพด้านบนพันหางสีดำหรือต่อหัวสีม่วงสองหัว

ดังนั้นจึงเริ่มต้นปรากฏการณ์การเชื่อมโยงที่น่าสนใจซึ่งโมเลกุลเหล่านี้หลายโมเลกุลจะเชื่อมต่อกัน พวกมันไม่ได้เกี่ยวข้องกันโดยพลการ แต่เป็นไปตามชุดของพารามิเตอร์โครงสร้างซึ่งจบลงด้วยการแยกส่วนหางด้านนอกออกเป็น "นิวเคลียสอันโพลาร์" ชนิดหนึ่งในขณะที่เผยให้เห็นหัวขั้วเป็นเปลือกขั้ว

ว่ากันว่ามิเซล่าทรงกลมได้ถือกำเนิดขึ้น อย่างไรก็ตามในระหว่างการก่อตัวของ miscela มีขั้นตอนเบื้องต้นซึ่งประกอบด้วยสิ่งที่เรียกว่า lipid bilayer สิ่งเหล่านี้และอื่น ๆ เป็นโครงสร้างมหภาคจำนวนมากที่โมเลกุลแอมฟิฟิลิกสามารถนำมาใช้ได้

ลักษณะของโมเลกุลแอมฟิพาทิก

สมาคม

หนังสือเรื่องทรงกลมที่เกิดจากโมเลกุลแอมฟิพาทิก ที่มา: Gabriel Bolívar

หากหางของอะโพลาร์ถูกจับเป็นหน่วยสีดำและส่วนหัวของขั้วเป็นหน่วยสีม่วงจะเข้าใจได้ว่าทำไมในภาพบนเปลือกของมิเซล่าจึงเป็นสีม่วงและนิวเคลียสของมันเป็นสีดำ นิวเคลียสเป็นอะโพลาร์และปฏิกิริยาของมันกับน้ำหรือโมเลกุลของตัวทำละลายเป็นโมฆะ

ในทางกลับกันถ้าตัวทำละลายหรือตัวกลางเป็น apolar มันเป็นหัวที่มีขั้วซึ่งจะได้รับแรงผลักและด้วยเหตุนี้พวกมันจะอยู่ตรงกลางของ miscella นั่นคือมันกลับด้าน (A, ภาพล่าง)

โครงสร้างหรือสัณฐานวิทยาประเภทต่างๆ ที่มา: Gabriel Bolívar

เครื่องเคลือบดินเผาที่กลับหัวจะสังเกตเห็นว่ามีเปลือกนอกสีดำและนิวเคลียสขั้วสีม่วง แต่ก่อนที่จะเกิด miscelas โมเลกุลของแอมฟิฟิลิกจะถูกพบทีละตัวเพื่อเปลี่ยนลำดับของโมเลกุลของตัวทำละลาย ด้วยความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นพวกเขาจะเริ่มเชื่อมโยงในโครงสร้างหนึ่งหรือสองชั้น (B)

จาก B แผ่นไม้จะเริ่มโค้งเป็นรูปตัว D เป็นถุง ความเป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งขึ้นอยู่กับรูปร่างของหางที่แยกออกจากกันที่เกี่ยวกับหัวขั้วของมันคือพวกมันเชื่อมโยงเพื่อก่อให้เกิด miscella ทรงกระบอก (C)

Nanoaggregates และ supramolecules

ดังนั้นจึงมีโครงสร้างหลัก 5 ประการซึ่งแสดงให้เห็นลักษณะพื้นฐานของโมเลกุลเหล่านี้: มีแนวโน้มสูงที่จะเชื่อมโยงและประกอบตัวเองเป็นซูพราโมเลคิวลิสซึ่งรวมตัวกันเป็นนาโนแอคเกิล

ดังนั้นโมเลกุลของแอมฟิฟิลิกจึงไม่พบเพียงอย่างเดียว แต่อยู่ในความสัมพันธ์

กายภาพ

โมเลกุลของแอมฟิพาทิกสามารถเป็นกลางหรือมีประจุเป็นไอออนได้ พวกที่มีประจุลบจะมีอะตอมของออกซิเจนที่มีประจุทางการเป็นลบอยู่ในหัวขั้วโลก บางส่วนของอะตอมออกซิเจนเหล่านี้มาจากการทำงานเป็นกลุ่มเช่น -COO ^- , -So ₄^- , -So ₃^-หรือ -PO ₄ -

เกี่ยวกับประจุบวกพวกเขามักมาจากเอมีน, RNH ₃ +

การมีหรือไม่มีประจุเหล่านี้ไม่ได้เปลี่ยนความจริงที่ว่าโดยทั่วไปโมเลกุลเหล่านี้ก่อตัวเป็นของแข็งที่เป็นผลึก หรือถ้ามีน้ำหนักเบาก็จะพบว่าเป็นน้ำมัน

ตัวอย่าง

ตัวอย่างบางส่วนของโมเลกุลแอมฟิพาทิกหรือแอมฟิฟิลิกจะกล่าวถึงด้านล่าง:

-Fofolipids: phosphatidylethanolamine, sphingomyelin, phosphatidylserine, phosphatidylcholine

-คอเลสเตอรอล.

-Glucolipids

- โซเดียมลอริลซัลเฟต

- โปรตีน (เป็นแอมฟิฟิลิก แต่ไม่ใช่สารลดแรงตึงผิว)

- ไขมันฟีนอลิก: คาร์ดานอลคาร์โดลและกรดอะนาซิด

-Cetyltrimethylammonium โบรไมด์.

- กรดไขมัน: ปาล์มมิติก, ไลโนเลอิก, โอเลอิก, ลอริค, สเตียริก

- แอลกอฮอล์โซ่ยาว: 1-dodecanol และอื่น ๆ

-Amphiphilic polymers: เช่น ethoxylated phenolic resins

การประยุกต์ใช้งาน

เยื่อหุ้มเซลล์

ผลที่ตามมาที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของความสามารถของโมเลกุลเหล่านี้ในการเชื่อมโยงคือการสร้างกำแพงชนิดหนึ่ง: lipid bilayer (B)

Bilayer นี้ขยายเพื่อปกป้องและควบคุมการเข้าและออกของสารประกอบเข้าสู่เซลล์ มันเป็นแบบไดนามิกเนื่องจากหาง apolar หมุนช่วยให้โมเลกุลแอมฟิพาทิกเคลื่อนที่

ในทำนองเดียวกันเมื่อเมมเบรนนี้ติดอยู่ที่ปลายทั้งสองเพื่อให้มีในแนวตั้งจะใช้เพื่อวัดการซึมผ่านของมัน และด้วยสิ่งนี้จึงได้รับข้อมูลที่มีค่าสำหรับการออกแบบวัสดุชีวภาพและเยื่อสังเคราะห์จากการสังเคราะห์โมเลกุลแอมฟิพาทิกใหม่ที่มีพารามิเตอร์โครงสร้างที่แตกต่างกัน

สารช่วยกระจายตัว

ในอุตสาหกรรมน้ำมันโมเลกุลเหล่านี้และพอลิเมอร์ที่สังเคราะห์ขึ้นจากพวกมันถูกใช้เพื่อกระจายแอสฟัลเทน จุดเน้นของแอปพลิเคชันนี้ตั้งอยู่บนสมมติฐานที่ว่าแอสฟาลเทนประกอบด้วยของแข็งคอลลอยด์ซึ่งมีแนวโน้มสูงที่จะตกตะกอนและตกตะกอนเป็นของแข็งสีน้ำตาล - ดำซึ่งทำให้เกิดปัญหาทางเศรษฐกิจอย่างรุนแรง

โมเลกุลของแอมฟิพาทิกช่วยให้แอสฟัลเทนกระจายตัวได้นานขึ้นเมื่อเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีฟิสิกส์ในน้ำมัน

emulsifiers

โมเลกุลเหล่านี้ช่วยให้ของเหลวสองชนิดผสมกันซึ่งจะไม่สามารถผสมกันได้ภายใต้สภาวะปกติ ตัวอย่างเช่นในไอศกรีมพวกเขาช่วยให้น้ำและอากาศเป็นส่วนหนึ่งของของแข็งเดียวกันพร้อมกับไขมัน ในบรรดาอิมัลซิไฟเออร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อจุดประสงค์นี้คือสารที่ได้จากกรดไขมันที่กินได้

ผงซักฟอก

ธรรมชาติของแอมฟิฟิลิกของโมเลกุลเหล่านี้ถูกใช้เพื่อดักจับไขมันหรือสิ่งสกปรกนอกขั้วจากนั้นจะถูกชะล้างออกไปในเวลาเดียวกันด้วยตัวทำละลายที่มีขั้วเช่นน้ำ

เช่นเดียวกับตัวอย่างของฟองอากาศที่ดักจับอากาศผงซักฟอกจะดักจับไขมันภายในไมเซลล์ซึ่งมีเปลือกขั้วจะทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อขจัดสิ่งสกปรกได้อย่างมีประสิทธิภาพ

สารต้านอนุมูลอิสระ

หัวขั้วมีความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากเป็นตัวกำหนดการใช้ประโยชน์หลายประการที่โมเลกุลเหล่านี้สามารถมีได้ภายในร่างกาย

ตัวอย่างเช่นหากมีแหวนอะโรมาติก (รวมถึงอนุพันธ์ของวงแหวนฟีนอลิก) และมีขั้วที่สามารถต่อต้านอนุมูลอิสระได้ก็จะมีสารต้านอนุมูลอิสระแอมฟิฟิลิก และหากพวกมันไม่มีพิษด้วยก็จะมีสารต้านอนุมูลอิสระใหม่ ๆ วางจำหน่ายในตลาด

อ้างอิง

Alberts B, Johnson A, Lewis J และอื่น ๆ (2002) อณูชีววิทยาของเซลล์. พิมพ์ครั้งที่ 4. นิวยอร์ก: Garland Science; The Lipid Bilayer ดึงมาจาก: ncbi.nlm.nih.gov
Jianhua Zhang (2014) โมเลกุลของแอมฟิฟิลิก Springer-Verlag Berlin Heidelberg, E. Droli, L. Giorno (eds.), Encyclopedia of Membranes, DOI 10.1007 / 978-3-642-40872-4_1789-1
โจเซฟกล่าว (2019) ความหมายของโมเลกุลแอมฟิพาทิก. ศึกษา. ดึงมาจาก: study.com
เลห์นิงเงอร์แอละแบมา (2518) ชีวเคมี. (พิมพ์ครั้งที่ 2). Worth Publishers, Inc.
Mathews, CK, van Holde, KE และ Ahern, KG (2002) ชีวเคมี. (พิมพ์ครั้งที่ 3). Pearson Addison Weshley
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (31 มีนาคม 2562). Surfactant คืออะไร? ดึงมาจาก: thoughtco.com
Domenico Lombardo, Mikhail A.Kiselev, Salvatore Magazùและ Pietro Calandra (2015) Amphiphiles Self-Assembly: แนวคิดพื้นฐานและมุมมองในอนาคตของ Supramolecular Approaches Advances in Condensed Matter Physics, vol. 2015, รหัสบทความ 151683, 22 หน้า, 2015. doi.org/10.1155/2015/151683
Anankanbil S. , Pérez B. , Fernandes I. , Magdalena K. Widzisz, Wang Z. , Mateus N. & Guo Z. (2018). กลุ่มใหม่ของโมเลกุลแอมฟิฟิลิกที่มีฟีนอลิกสังเคราะห์สำหรับการใช้งานเอนกประสงค์: การศึกษาลักษณะทางเคมี - ฟิสิกส์และการศึกษาความเป็นพิษต่อเซลล์ รายงานทางวิทยาศาสตร์เล่ม 8 หมายเลขบทความ: 832

โครงสร้างโมเลกุลของแอมฟิพาทิกลักษณะตัวอย่าง - เคมี - 2026