光度滴定法測定丁香酸和對香豆酸的解離常數(shù)

桂玉娟,付潔,任佳,劉娜,夏雁青,石鐵生

(棗莊學(xué)院 化學(xué)化工與材料科學(xué)學(xué)院,山東 棗莊 277160)

丁香酸(Syringic acid,SA)的化學(xué)名稱是3,5-二甲氧基-4-羥基苯甲酸,主要存在于枸杞[1]、核桃[2]等水果和谷物中,在植物中通過莽草酸途徑合成[3],它具有抗氧化、抗菌、抗炎等生物活性[3-5],對癌癥、心血管疾病和糖尿病等疾病的預(yù)防具有一定作用[6]。對香豆酸(p-coumaric acid,p-CA) 又叫對羥基肉桂酸,和丁香酸一樣,也是酚酸類化合物,它是很多中藥如白花蛇草的主要有效成分,而白花蛇草已被研究證明可以誘發(fā)MM細(xì)胞凋亡[7];另有研究表明對香豆酸可抑制癌細(xì)胞增殖,具有抗氧化和抗腫瘤作用[8-10]。丁香酸和對香豆酸在水溶液中分別存在如圖1和2所示的解離平衡,它們的不同質(zhì)子化形態(tài)在發(fā)生氧化還原反應(yīng)時其活性可能存在很大差異[11]。迄今為止在25.0 ℃和1.0 mol/L離子強(qiáng)度下,它們在水溶液中的解離平衡常數(shù)尚未有報道,我們較為系統(tǒng)地研究了丁香酸和對香豆酸的UV-Vis光譜隨溶液pH值的變化,通過光度滴定法獲得了二者的解離常數(shù)pKa1和pKa2。

圖1 丁香酸在水溶液中的解離平衡

圖2 對香豆酸在水溶液中的解離平衡

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

TU-1950 紫外-可見分光光度計(普析,北京通用,配有1.00 cm厚石英比色皿),水浴恒溫槽(Lauda Alpha RA8,德國),Accumet Basic AB150 Plus pH計(Fisher Scientific,美國)。

丁香酸,對香豆酸,高氯酸鈉,磷酸,磷酸二氫鈉,磷酸氫二鈉,磷酸鈉,醋酸,醋酸鈉,碳酸鈉,碳酸氫鈉,氯化鈉,購于Sigma 或Alfa Aesar 試劑公司,所有試劑均為分析純。用于校準(zhǔn)電極的標(biāo)準(zhǔn)緩沖液pH 值4.00,7.00 和10.00 也購于Alfa Aesar 試劑公司。 溶液均使用二次蒸餾水配制。

1.2 緩沖溶液配制

不同的pH值范圍各按如下方法配制:1)2.40≤pH值≤3.00由H3PO4和NaH2PO4按一定比例配制;2)3.00

1.3 待測溶液配制

分別稱取一定量的丁香酸和對香豆酸固體溶解在1.0 mol/L NaClO4溶液中作為儲備液,然后用不同緩沖溶液分別稀釋得到0.10 mmol/L丁香酸溶液和0.040 mmol/L對香豆酸溶液(使用時間不超過1 h)。

1.4 光譜測量

(1)開啟分光光度計電源預(yù)熱15 min,調(diào)節(jié)恒溫槽溫度(控制在(25.0 ± 0.1)℃);(2)打開電腦和軟件,設(shè)定掃描波長范圍:200～400 nm或200～450 nm(采用慢速掃描);(3)放入?yún)⒈热芤簩€進(jìn)行校準(zhǔn);(4)裝上待測溶液,開始測定。(注意:測量前所有溶液都要恒溫10 min。)

2 結(jié)果與討論

2.1 光譜隨pH值的變化

在25.0 ℃和1.0 mol/L的離子強(qiáng)度下,我們獲得了丁香酸在不同pH值下的光譜圖(圖3)。可以看出,在273 nm處隨著pH值從2.45增加到5.79,吸光度逐漸下降,表1給出了吸光度數(shù)值隨pH值的變化趨勢。

表1 25.0 ℃和1.0 mol/L 離子強(qiáng)度下0.10 mmol/L丁香酸在不同pH值的緩沖溶液中273 nm處的吸光度數(shù)據(jù)

圖3 0.10 mmol/L丁香酸在pH值為2.45,4.05和5.79緩沖溶液中的吸收光譜圖

圖4 0.10 mmol/L丁香酸在pH值為6.87至11.83的緩沖溶液中的吸收光譜圖

當(dāng)pH值從6.87逐漸增加到11.83時,在260 nm和302 nm處丁香酸的光譜變化非常明顯,并且我們觀察到在243 nm 和273.4 nm處各存在一個等吸收點,說明其形態(tài)II和III兩者之間在互相變換。表2給出了在260 nm和302 nm處吸光度數(shù)值隨pH值的變化。

表2 25.0 ℃和1.0 mol/L離子強(qiáng)度下0.10 mmol/L丁香酸在不同pH值的緩沖溶液中260 nm和302 nm處的吸光度數(shù)據(jù)

同樣地,我們也得到了在25.0 ℃和1.0 mol/L的離子強(qiáng)度下對香豆酸在不同pH值下的光譜(圖5和6),表3～4分別給出了在310 nm和329 nm處對香豆酸的吸光度數(shù)值隨pH值的變化。

表3 25.0 ℃和1.0 mol/L 離子強(qiáng)度下0.040 mmol/L對香豆酸在不同pH值的緩沖溶液中310 nm處的吸光度數(shù)據(jù)

表4 25 ℃和1.0 mol/L 離子強(qiáng)度下0.040 mmol/L對香豆酸在不同pH值的緩沖溶液中329 nm處的吸光度數(shù)據(jù)

圖5 0.040 mmol/L對香豆酸在pH值為2.45,4.56和6.32緩沖溶液中的吸收光譜圖

圖6 0.040 mmol/L對香豆酸在pH值為7.43,8.56和11.83緩沖溶液中的吸收光譜圖

2.2 丁香酸和對香豆酸解離常數(shù)pKa1和pKa2的導(dǎo)出

對于上述光譜隨pH值的變化,可以用方程(1)和方程(2)來進(jìn)行定量的分析[12],式中[SA]tot=1.0×10-4M,ε1、ε2和ε3分別為丁香酸三種質(zhì)子化形態(tài)的摩爾吸光系數(shù)。

使用方程(1)對表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性最小二乘方擬合,擬合的結(jié)果如圖7所示。擬合結(jié)果非常理想,得到了pKa1=4.08。再次使用方程(2)對表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性最小二乘方擬合,擬合的結(jié)果如圖8所示,得到的結(jié)果為:260 nm 下pKa2=8.78,302 nm下pKa2=8.80。因此在兩個不同波長得到的結(jié)果非常一致,取平均值pKa2=8.79。

圖7 使用方程(1)對表1數(shù)據(jù)擬合得到的關(guān)系圖

圖8 使用方程(2)對表2數(shù)據(jù)擬合得到的關(guān)系圖

然后運用方程(3)～(4)分別對表3～4中的數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性最小二乘方擬合[12],式中[p-CA]tot=4.0×10-5mol/L,ε1、ε2和ε3分別為對香豆酸三種質(zhì)子化形態(tài)的摩爾吸光系數(shù)。

擬合結(jié)果分別如圖9、10所示,從而得到了對香豆酸的pKa1=4.43、pKa2=8.88。

圖9 使用方程(3)對表3數(shù)據(jù)擬合得到的關(guān)系圖

圖10 使用方程(4)對表4數(shù)據(jù)擬合得到的關(guān)系圖

3 結(jié)論

在25.0 ℃和1.0 mol/L離子強(qiáng)度下,我們通過研究丁香酸和對香豆酸UV-Vis光譜隨pH值的變化,利用光度滴定法分別得到了二者的解離常數(shù)pKa1和pKa2,在獲得這些解離常數(shù)后就可以很容易地分析丁香酸和對香豆酸的3種質(zhì)子化形態(tài)隨pH的分布情況,這將對研究它們的抗氧化反應(yīng)機(jī)理具有重要的意義。