Olyan aminosavat kapok, amelynek ionizálható oldallánca van bizonyos pH-n. Hogyan határozhatom meg az aminosav nettó töltését, ha egy vagy több csoport vegyes protonációs állapota van ezen a pH-n (például az oldallánc pKa-ja valóban közel van a pH-hoz)?
Az aminosavak terminális karboxil- és aminocsoportokkal rendelkeznek; egyes aminosavak ionizálható oldalláncokkal rendelkeznek. Az aminosav töltésének meghatározásakor figyelembe kell venni ezeknek a csoportoknak a pH-ját és a pKa-értékeket. Ha egy vagy több csoport pKa-értéke elég közel van a pH-hoz, az amino-frakció a savak deprotonálódnak az adott csoportban, az aminosavak másik része pedig az adott csoportban protonálódik az oldatban. Tehát az együttes átlagos nettó töltésének (vagy egyetlen részecske átlagolt időbeli töltésének) meghatározásakor meg kell ezt vegye figyelembe.
A nettó töltés várható értékét kérem (ami nem lenne egész szám); ez a szám releváns például az aminosav (vagy egy fehérje) gélelektroforézisben vagy az ioncserélő kromatográfiás közeg kölcsönhatásának erősségében.
Például egy karbonsav / karboxilátcsoport pKa-val megegyező pH-értékű átlagos töltése mínusz fele, mert a funkcionális csoportok fele protonált lenne (nulla töltés), fele pedig depro tónusú (mínusz egy töltés).
Megjegyzések
- Itt nem világos, mit ért nettó töltés alatt. Ez különbözik a faj töltésétől?
- @Zhe az aminosav nettó töltését értem. Nem csak az egyes oldalláncok töltése vagy az N / C-végek töltése – az összes csoport összege. Az interneten bárhol másutt csak átlagos / kerek töltést tudtam megtalálni. Tizedes ' s pontig tudnom kellett, hogy mi az aminosav töltése egy bizonyos pH-értéken, ha 1 vagy több csoportnak részleges töltése van.
- Miért lenne egy csoportnak részleges díja? A töltést kvantáljuk …
- @Zhe Az aminosavak terminális karboxil- és aminocsoportokkal rendelkeznek; egyes aminosavak ionizálható oldalláncokkal rendelkeznek. Az aminosav töltésének meghatározásakor figyelembe kell venni e csoportok pH-értékét és pKa ' jeit. Amikor az egyik (vagy több) csoport pKa-ja elég közel van a pH-hoz, az aminosavak egy része deprotonálódik ezen a csoporton, az aminosavak másik része pedig az adott csoportnál protonálódik az oldatban. Így az átlagos nettó töltés meghatározásakor ezt figyelembe kell venni.
- Nem, ez ' nem egészen helyes. Amit kérsz, sokkal bonyolultabb, mint gondolnád. Megoldásként különböző fajok dinamikus keveréke van, esetleg különböző töltésekkel. Ezeknek a fajoknak mindegyikének egész töltése van. Bár kérheti a töltés várható értékét (amely nem lenne egész szám), nem teljesen világos, hogy ez a szám mennyire releváns bármely hasznos fizikai mennyiség szempontjából.
Válasz
Az egyes ionizálható csoportokat leíró Henderson-Hasselbalch kapcsolat a következő:
$$ \ mathrm { pH} = \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} + \ log \ frac {\ ce {[A -]}} {\ ce {[AH]}} $$
Meg tudjuk oldani az arányt:
$$ 10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a})} = \ frac {\ ce {[A -]}} {\ ce {[AH]}} $$
Mindazonáltal nagyon szeretnénk, ha a protonált töredék az összes között lenne (nem az arány (protonálatlan deprotonálva).
$$ 10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a})} = \ frac {[\ mathrm {total}] – \ ce {[AH]}} {\ ce {[AH]}} = \ frac {[\ mathrm {total}]} {\ ce {[AH]}} – 1 USD $
Adjon hozzá egyet mindkét oldalhoz: $$ 10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} )} + 1 = \ frac {[\ mathrm {total}]} {\ ce {[AH]}} $$
Vegyük a reciprok: $$ \ frac { \ ce {[AH]}} {[\ mathrm {total}]} = \ frac {1} {10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a})} + 1} \ tag {1} $$
Ez továbbra is általános minden sav / bázis csoport esetében. Például kiszámíthatjuk az ammónia / ammónium töltését ( $ \ ce {NH3 (aq) + H + (aq) < = > NH4 + (aq)} $ ). Nagyon bázikus pH-n a töltés nulla lenne, nagyon savas pH-nál +1. Ahhoz, hogy bármely pH-értéknél megkapjuk az átlagos töltést, a töltést nagyon alap pH-értéken vesszük, és a [span] = matematika-tároló “> $ \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} segítségével hozzáadjuk az [1] egyenlet eredményét. $ ammóniumérték.
Bármely aminosavhoz (vagy bármely más ionizálható csoportot tartalmazó molekulához $ i $ eltérő $ \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} $ értékek), akkor a fajok töltését nagyon bázikus pH-értéken (az összes csoport deprotonálva) vállalja, plusz a következőket:
$$ \ sum_i \ frac {1} {10 ^ {(\ mathrm {pH} – \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a, i})} + 1} \ tag {2} $ $
Ez csak közelítés, mert előfordulhat némi keresztbeszélés az ionizálható csoportok között (azaz ha egy csoport negatív töltésűvé válik, akkor a szomszédos csoport számára “nehezebb” negatív töltésűvé válni ). A poliprotikus csoportok esetében is bonyolultabb, de az aminosavakban lévő összes csoport monoprotikus oldószerként vízzel.