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Un zwitterion (prononcé [t͡s v i .t ɛ .r j ɔ̃], de l'allemand Zwitter [ˈ t͡s v ɪ .t ɐ] « hybride », « hermaphrodite ») ou amphion est une espèce chimique moléculaire possédant des charges électriques formelles d’une unité, de signes opposés et situées en général sur des atomes non adjacents (dans le cas où les deux charges formelles sont portées par deux atomes adjacents, on parle d'ylures)^[1].

Les acides aminés, qui possèdent des groupements amine (sous forme d'ammonium NH₃⁺ à pH =7) et acide carboxylique (sous forme de carboxylate COO⁻ à pH =7) peuvent exister sous forme zwitterionique (à l'état solide, dans certaines gammes de pH en solution aqueuse). Certains acides aminés portent plus de 2 charges et peuvent former des sels mixtes^[2], où les systèmes de liaisons H peuvent varier, offrant ainsi des options de reconnaissance supplémentaires.

Certains zwitterions ne peuvent pas s'isomériser en une forme entièrement neutre. Les bétaïnes^[3], les phosphatidylcholines en sont des exemples.

Comportement en fonction des variations de pH

L'état zwitterionique d'un composé est dépendant du pH. En effet, ces espèces ont tendance à capter ou à céder des ions H⁺ selon la valeur du pH de la solution aqueuse où ils se trouvent. Le zwitterion est à l'équilibre avec le cation et l'anion correspondant.

Chaque composé susceptible de former un zwitterion possède une valeur de pH caractéristique pour laquelle il est sous la forme zwitterionique globalement neutre : c'est le pH isoélectrique (ou pH_i ou pI). En dehors de cette valeur, on aura :

Cas où le pH est très inférieur au pI	Cas où le pH est voisin du pI	Cas où le pH est très supérieur au pI
Le composé se trouve majoritairement dans sa forme positive : $[AH_{2}$ ⁺ $]>[AH^{+-}]>[A^{-}]$	Le composé se trouve majoritairement sous sa forme zwitterionique : $[AH^{+-}]$	Le composé se trouve majoritairement dans sa forme négative : $[A^{-}]>[AH^{+-}]>[AH_{2}$ ⁺ $]$

Le pH n'est pas forcément égal à une valeur de pH = 7 (pH neutre) et dépend du pK_a des groupements chimiques constituant le composé.

Utilisations

Les composés pouvant former des zwitterions permettent la synthèse de solutions tampons. On obtient alors une solution tampon aux voisinages des pK_a des différents groupements protonables constituants la molécule zwitterion. Le pH varie peu en cas de dilution modérée, ou en cas d'ajout d'une quantité limitée de H⁺ ou de OH⁻.

On peut assister à la formation des zwitterions lors de la synthèse de certains liquides ioniques. En effet, l'étape de quaternisation (d'un noyau imidazole par exemple) conduit à la formation d'un zwitterion. Ce dernier est protoné par un acide pour conduire au liquide ionique désiré.

Les zwitterions, du fait de la présence de charges électriques ponctuelles sont souvent solubles dans l'eau, donc de nombreux principes actifs de médicaments sont sous forme zwitterionique. Une espèce zwitterionique d'intérêt médical est la cétirizine (le principe actif du Zyrtec).

Ils ont également des applications domestiques, et entrent dans la composition de nombreux détergents.

Notes et références

↑ (en) « zwitterionic compounds/zwitterions », IUPAC, Compendium of Chemical Terminology [« Gold Book »], Oxford, Blackwell Scientific Publications, 1997, version corrigée en ligne : (2019-), 2^e éd. (ISBN 0-9678550-9-8)
↑ (en) Anton P. Novikov, Alexey V. Safonov, Konstantin E. German et Mikhail S. Grigoriev, « What kind of interactions we may get moving from zwitter to “dritter” ions: C–O⋯Re(O4) and Re–O⋯Re(O4) anion⋯anion interactions make structural difference between L-histidinium perrhenate and pertechnetate », CrystEngComm,‎ 1^er décembre 2023 (ISSN 1466-8033, DOI 10.1039/D3CE01164J, lire en ligne, consulté le 8 décembre 2023)
↑ (en) « betaines », IUPAC, Compendium of Chemical Terminology [« Gold Book »], Oxford, Blackwell Scientific Publications, 1997, version corrigée en ligne : (2019-), 2^e éd. (ISBN 0-9678550-9-8)