Избирательная токсичность. Физико-химические основы терапии Том 2 - Альберт А.
ISBN 412-26010-7
Скачать (прямая ссылка):
Б. Установление значений рКа. Значения рКа более чем для 500 соединений приведены в справочнике Albert, Serjeant (1984). Более полные данные можно найти в сборниках ИЮПАК: для органических оснований Perrin (19656), дополнение (1972); для органических кислот Kortiim, Vogel, Andrussow (1961), дополнение Serjeant, Dempsey (1979); для неорганических кислот и оснований Perrin (1983). В табл. 10.1 приведены величины рКа некоторых наиболее распространенных кислот и оснований. Данные таблицы следует запомнить; это позволит сравнивать те новые величины рКа, с которыми можно столкнуться при чтении, с приведенными в ней значениями. Кислоты и основания равной силы расположены в таблице друг против друга.
Величина рКа около 5 (ср. C рКа уксусной кислоты) типична для большинства монокарбоновых кислот, как алифатических, так и ароматических. Величина рКа 10 типична для фенолов. Кислоты, рКа которых выше 7, практически не изменяют цвета нейтральной индикаторной бумаги, а выше 10 — не имеют даже кислотного вкуса.
78 Таблица 10.1. Относительная сила наиболее распространенных кислот
и оснований
Кислоты PKa Основания PKa
Соляная кислота Фосфорная кислота (отрыв первого протона) Уксусная кислота Угольная кислота Фосфорная кислота (отрыв второго протона) Синильная кислота, борная кислота Феиол Фосфорная кислота (отрыв третьего протона) Глюкоза <0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Гидроксид натрия Этила мин Аммиак Хинин, стрихнин Анилии, пиридин п-Нитроанилии >14 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Величина рКа И (как, например, у этнламина) типична для алифатических оснований, а значение рКа 5 — для ароматических, которые гораздо слабее алифатических. Величины рКа представляют собой десятичные логарифмы, следовательно, основность этнламина и анилина различается в миллион раз (т.е. антилогарифм 6). Многие алкалоиды и другие биологически активные основания имеют значения рКа около 8. Основания, рКа которых ниже 7, практически не изменяют цвета нейтральной индикаторной бумаги.
Введение в молекулу электронодонорных групп (например —CH3) увеличивает ее основность и уменьшает кислотность, а электроноакцепторных (например, —NO2) — ослабляет основность и усиливает кислотность. Сведения об электронных свойствах различных заместителей приведены в разд. 17.2. Влияние заместителей на кислотность и основность в настоящее время настолько хорошо изучено, даже количественно, что соответствующие константы ионизации могут быть рассчитаны еще до синтеза соединения [Perrin, Dempsey, Serjeant, 1981]. Это позволяет экономить большое количество времени, которое могло бы быть затрачено на синтез соединений с нежелательными кислотно-основными свойствами. Нет необходимости говорить о том, что после того, как вещество получено, следует определять истинную константу ионизации.
Подобные практические указания по определению констант ионизации экспериментальным путем даны в справочнике Albert, Serjeant (1984).
В. Расчет степени ионизации. Степень ионизации любого основания в водном растворе можно рассчитать с помощью урав-
79 Таблица 10.2.1 Расчет степени ионизации по заданным величинам рКа и pH
рха-рН % ионизации (по анионному типу) % ионизации (по катиовно-му типу)
—4 99,99 0,01
-3 99,94 0,10
—2 99,01 0,99
—1 90,91 9,09
0 50,00 50,00
1 9,09 90,91
2 0,99 99,01
3 0,10 99,94
4 0,01 99,99
1 В развернутом виде эта таблица приведена в разд. 17.0.
нения (IV) при условии, что известны pH раствора и рКа вещества:
100
Степень иоитации (%) = ——--——-—- . ПуЧ
1 + антилогарифм (pH — рКа)
Это уравнение показывает, что степень ионизации данной кислоты (или основания) зависит от pH. Эта зависимость не является линейной, а выражается сигмоидной кривой, как, например, представленной на рис. 10.1.
Анализ этой кривой показывает, что небольшое изменение pH может вызвать сильное изменение ионизации, особенно если значение pH раствора близко к величине рКа исследуемого вещества. Это хорошо видно и из данных табл. 10.2. Например, при работе с нитрофенолом, имеющим рКа 7, при значении pH, также равном 7, половина вещества будет находиться в ионизированном состоянии. При повышении pH до 8 фенол будет ионизирован почти полностью, а при понижении его до 6 почти весь фенол перейдет в неионизированное состояние.
Г. Полиэлектролиты. Полиэлектролиты — это вещества, в молекулах которых имеется много групп, способных к ионизации, причем все они могут иметь одинаковые, как, например, в полиакриловой кислоте, или разные, как в белках, заряды. Кривые титрования полиэлектролитов имеют довольно неопределенную «размытую» форму. В отличие от моно- и диионов полиион окружен большим количеством противоионов. Подробнее о про-тивоионах см. Albert, Serjeant (1984).
Д. Цвиттерионы (биполярные ионы). До сих пор ничего не говорилось о цвиттерионах — внутренних солях, имеющих одновременно положительный и отрицательный заряды. Выясняя, является ли данное соединение цвиттерионом или нет, необходимо уточнить pH среды, так как в щелочном растворе цвитте-рион будет вести себя как анион, а в кислом — как катион.
