半整數(shù)生成函數(shù)法測定炔丙基半胱氨酸的有關(guān)常數(shù)

包行飛， 張 云

(同濟大學(xué)化學(xué)系，上海 200092)

圖1 半胱氨酸(左)和炔丙基半胱氨酸(右)結(jié)構(gòu)圖

炔丙基半胱氨酸(S-propargyl-cysteine，SPRC)是半胱氨酸(Cysteine)的衍生物(半胱氨酸和炔丙基半胱氨酸的結(jié)構(gòu)見圖1)，其酸堿性質(zhì)及其與金屬離子配合的性質(zhì)類似于半胱氨酸及其他中性氨基酸。此外，與大蒜的主要活性成分烯丙基半胱氨酸(S-allyl-cysteine，SAC)一樣，炔丙基半胱氨酸也具有顯著的心血管藥理活性和潛在的藥用價值[1]。藥物的離解常數(shù)、等電點及其與金屬離子形成的配合物的穩(wěn)定常數(shù)是其重要參數(shù)，也是新藥報批、構(gòu)效研究、結(jié)構(gòu)修飾及質(zhì)量控制的重要依據(jù)，對這些參數(shù)的測定具有重要的意義。生成函數(shù)法是測定酸離解常數(shù)或配合物穩(wěn)定常數(shù)的常用方法。在酸堿反應(yīng)中，已經(jīng)與酸根結(jié)合的質(zhì)子的濃度(或物質(zhì)的量)與酸根的總濃度(或物質(zhì)的量)之比，稱作酸的質(zhì)子化生成函數(shù)；在配位反應(yīng)中，已經(jīng)與金屬離子配合的配位劑的濃度(或物質(zhì)的量)與金屬離子的總濃度(或物質(zhì)的量)之比，稱作配合物的生成函數(shù)。利用生成函數(shù)測定酸離解常數(shù)或配合物穩(wěn)定常數(shù)的方法稱作生成函數(shù)法；特別地，利用半整數(shù)時的生成函數(shù)測定酸離解常數(shù)或配合物穩(wěn)定常數(shù)的方法稱作半整數(shù)生成函數(shù)法[2]。本文以NaOH(或HCl)溶液作滴定劑，氫離子選擇性電極作指示電極，半整數(shù)生成函數(shù)法作數(shù)據(jù)處理方法，對炔丙基半胱氨酸的離解常數(shù)、等電點及其與Cu2+和Zn2+形成的配合物的穩(wěn)定常數(shù)進行了測定。

1 原理部分

1.1 半整數(shù)生成函數(shù)法的測定原理

lgKHA,j=-lg[H+]

(1)

或

lgKj=-lg[A-]

(2)

1.2 炔丙基半胱氨酸離解常數(shù)及等電點的測定

(3)

或

(4)

式(3)(或式(4))中，Vo和cHA是炔丙基半胱氨酸溶液的初始體積和濃度；VNaOH和cNaOH(或VHCl和cHCl)是滴定加入的NaOH(或HCl)溶液的體積和濃度；[H+]是H+的濃度；KW是水的質(zhì)子自遞常數(shù)。

在測出Ka1和Ka2的基礎(chǔ)上，利用兩性物質(zhì)溶液pH的近似計算式[2]：

(5)

求出炔丙基半胱氨酸偶極離子溶液的pH，即炔丙基半胱氨酸的等電點pI。

1.3 炔丙基半胱氨酸-金屬離子配合物穩(wěn)定常數(shù)的測定

(6)

和

(7)

式(6)和式(7)中，Vo是炔丙基半胱氨酸與金屬離子構(gòu)成的混合溶液的初始體積；cM是金屬離子的初始濃度；Ka是炔丙基半胱氨酸偶極離子的離解常數(shù)；其余物理量的含義同式(3)。

2 實驗部分

2.1 儀器和試劑

798MPT自動電位滴定儀，氫離子選擇性復(fù)合電極(瑞士,萬通公司)。

0.09203 mol/L NaOH溶液，用基準鄰苯二甲酸氫鉀標定；0.09729 mol/L HCl溶液，用NaOH溶液標定；0.1000 mol/L 炔丙基半胱氨酸溶液；0.01974 mol/L CuSO4溶液，0.01960 mol/L Zn(NO3)2溶液，均用EDTA標準溶液測定準確濃度；pH為4.00、6.88及9.23(20 ℃)的成套標準緩沖溶液；1 mol/L KNO3離子強度調(diào)節(jié)劑。

2.2 實驗步驟

2.2.1電極的校正見文獻[3]。

2.2.2離解常數(shù)的測定吸取5 mL炔丙基半胱氨酸溶液，5 mL KNO3溶液及40 mL水，混合均勻。分別用NaOH溶液和HCl溶液等步長(0.10 mL)滴定上述溶液，測出m組滴定數(shù)據(jù)Vi和[H+]i(i=1,2,…,m)；按上述原理，求出炔丙基半胱氨酸正離子的各級離解常數(shù)Ka,j。

2.2.3穩(wěn)定常數(shù)的測定吸取5 mL炔丙基半胱氨酸溶液，5 mL CuSO4(或Zn(NO3)2)溶液，5 mL KNO3溶液及35 mL水，混合均勻。用NaOH溶液等步長(0.10 mL)滴定上述溶液，測出m組滴定數(shù)據(jù)Vi和[H+]i(i=1,2,…,m)；按上述原理，求出炔丙基半胱氨酸-金屬離子配合物的各級穩(wěn)定常數(shù)Kj。

3 結(jié)果和討論

3.1 測定結(jié)果

根據(jù)上述原理測得的實驗結(jié)果見表1和表2。其中，實驗溫度20 ℃；式(3)和式(4)的KW用20 ℃的文獻值(6.8×10-15)；式(7)的Ka用本文測定值(表1)。

表1 炔丙基半胱氨酸正離子的兩級離解常數(shù)及等電點的測定結(jié)果(n=3)

表2 炔丙基半胱氨酸-銅離子(或鋅離子)配合物穩(wěn)定常數(shù)的測定結(jié)果(n=3)

3.2 關(guān)于炔丙基半胱氨酸離解常數(shù)的討論

首先，炔丙基半胱氨酸作為一種新型藥物成分，其離解常數(shù)及等電點等數(shù)據(jù)并無相關(guān)文獻可以比對，但其等電點的測定值(5.40)(表1)與其結(jié)構(gòu)類似物烯丙基半胱氨酸等電點的文獻值(5.60)[5]及半胱氨酸等電點的文獻值(5.02)[2]非常接近溫度。20 ℃時，炔丙基半胱氨酸水溶液(0.01000 mol/L)pH的測定值(5.43)也與其等電點的測定結(jié)果(5.40)(按式(5)求得的測定結(jié)果，表1)吻合。其次，實驗測得的炔丙基半胱氨酸正離子的兩級離解常數(shù)(10-2.08，10-8.72)(表1)介于半胱氨酸的離解常數(shù)[2](10-1.71，10-8.33)及烯丙基半胱氨酸的離解常數(shù)[5](10-2.20，10-9.10)之間。(1)根據(jù)電子效應(yīng)，半胱氨酸上增加烴基，推電子效應(yīng)將導(dǎo)致化合物酸性降低，所以烯丙基半胱氨酸和炔丙基半胱氨酸的酸性均應(yīng)該小于半胱氨酸；(2)炔基的sp結(jié)構(gòu)與烯基的sp2結(jié)構(gòu)相比，電負性更大，吸電子能力更強，所以炔丙基半胱氨酸的酸性應(yīng)該大于烯丙基半胱氨酸。因此，上述三種物質(zhì)的酸性大小順序應(yīng)該為：半胱氨酸>炔丙基半胱氨酸>烯丙基半胱氨酸。這與炔丙基半胱氨酸離解常數(shù)的測定結(jié)果是相符的。

3.3 炔丙基半胱氨酸與金屬離子配合的化學(xué)計量比

圖2 0.09203 mol/L NaOH溶液滴定50 mL 由SPRC-Cu2+混合溶液的曲線 curve of 50 mL mixture of SPRC-Cu2+ titrated with 0.09203 mol/L NaOH

3.4 Cu2+和炔丙基半胱氨酸含量的測定

4 結(jié)論

半整數(shù)生成函數(shù)法是測定炔丙基半胱氨酸的離解常數(shù)，等電點及其與金屬離子形成的配合物的穩(wěn)定常數(shù)的有效方法。本文方法對與炔丙基半胱氨酸具有類似性質(zhì)物質(zhì)的有關(guān)常數(shù)的測定，有一定的借鑒作用。

致謝：本文實驗所用炔丙基半胱氨酸試樣，由復(fù)旦大學(xué)藥學(xué)院馬國博士提供，謹此致謝！