在化学和生物化学中，分子的亲水性（Hydrophilic）和疏水性（Hydrophobic）主要取决于其携带的官能团。
简单来说：亲水官能团通常带有极性或电荷，能够与水分子形成氢键，从而“亲近”水；疏水官能团通常是非极性的，无法与水形成氢键，它们在水中会互相聚集以排斥水分子（即疏水作用）。
这类基团通常含有氧 (O)、氮 (N)、磷 (P) 等电负性较强的原子，极性强，易溶于水。
羟基 (-OH)： 极性强，能与水分子形成稳定的氢键。它非常普遍，常见于醇类（如乙醇）和糖类（如葡萄糖）中。
羧基 (-COOH)： 极性极强。在水中容易解离出质子，形成带负电的 -COO⁻，因此极易溶于水。常见于各种有机酸（如醋酸、氨基酸）。
氨基 (-NH₂)： 氮原子含有孤对电子，能与水形成氢键。在水中它可以结合质子，变成带正电的 -NH₃⁺，常见于氨基酸和胺类。
羰基 (-C=O)： 氧原子的吸引电子能力强，导致碳氧双键具有极性。常见于醛类和酮类化合物中。
磷酸基 (-PO₄³⁻)： 带有强负电荷，极性极大，亲水性极强。常见于核酸（DNA 和 RNA）以及细胞膜的磷脂分子中。
酰胺基 (-CONH₂)： 结合了羰基和氨基的特征，极性强，能形成多个氢键。它是蛋白质中肽键的核心结构。
巯基 (-SH)： 虽然极性比羟基弱，但仍然具有一定的亲水性。它在蛋白质的折叠和二硫键形成中起着至关重要的作用。
这类基团主要是碳氢骨架或对称的环状结构，缺乏极性，表现出“亲脂性”（容易溶解在油脂中）。
甲基 (-CH₃)： 最基础的疏水基团。它完全由非极性的碳氢键组成，无法与水分子形成氢键。
长链烷基 (-R，如乙基、丙基等)： 碳氢链越长，分子整体的非极性就越强，它的疏水性（或脂溶性）也就越显著。
苯基/芳香基 (-C₆H₅)： 具有芳香环结构，电子云分布均匀，高度非极性。常见于芳香族氨基酸（如苯丙氨酸）。
卤素 (-F, -Cl, -Br, -I)： 在药物化学设计中，向分子中引入卤素原子通常会增加整个分子的非极性特征，从而提升其脂溶性和疏水性。
酯基 (-COO-R)： 虽然中心含有氧原子，但两侧被碳链包裹，导致整体极性较弱。长链的酯类（如我们日常接触的油脂）是高度疏水的。
自然界中许多重要的分子同时拥有“亲水头部”（如磷酸基或羧基）和“疏水尾部”（长链烷基）。比如构成我们细胞膜的磷脂分子，以及日常使用的肥皂。这种奇妙的结构让它们能够在水和油脂之间起到桥梁作用。
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