М.В. Медведева - Растворы (1123330), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Некоторые кислоты, часто используемые вбиохимических исследованиях в качестве компонента буфера, ивеличины их рКа (при 25°С).__________________________ ____________Химическая структураНазваниерКакислотной формы1,52Пирофосфорная°12,36НО---- — о н6,00| Х / |онон9,25онФосфорная2,14ЮО6,86ОН12,4Н з^ -С Н з-С О О Н2,34Глицин9,692,90орто-Фталевая5,51еф3,104,765,40Лимонная (цитрат)Глицил-глициноваяМуравьиная (формиат)Янтарная (сукцинат)H 3+N - C H 2- C O - N H - C H 2- C O O HнсоонН О О С - С Н 2- С Н 2- С О О НУксусная (ацетат)УгольнаяС Н зС О О НИмидазолС----- н—ин2с о 33,068,133,754,185,564,763,7710,26,99нТрис (гидроксиметиламинометан)Борная кислота (борат)( H O C H 2) 3C - N H 3+8,14н 3в о 39,1412, 7413,89,2510,65АммонийТриэтиламинn h4+( С Н 3С Н 2) э +М Н(Величины рКа, приведенные в разных литературных источниках, несколькоотличаются друг от друга, что, по-видимому, связано с различиями в условияхпроведения экспериментов при их определении).56К сожалению,перечисленнымвышетребованиямудовлетворяют далеко не все буферные растворы.
Так фосфат-ионыосаждают поливалентные катионы, во многих системах выступают вкачестве метаболитов и ингибиторов и проникают через мембрану.Трис (табл. 8 ) - малореактивный первичный амин, участвует в рядеметаболических реакций (например, катализируемых щелочнымифосфатазами) и плохой буфер при pH ниже 7,5. Онможетоказывать токсическое и ингибирующее действие, проникать черезмембрану.Из таблицы 7 следует, что для большинства рассмотренныхрастворов рКа существенно зависит от концентрации буфера, а самибуферы сильно отличаются от идеальных растворов. Логичнопредположить, что меньше всего от концентрации буфера будутзависеть рКа цвиттерионных буферов (цвиттерион - биполярнаямолекула, несущая одновременно отрицательный и положительныйзаряд, в результате чего её суммарный заряд равен нулю). Крометого, чтобысоздать среду, максимально приближенную кфизиологической, нужны буферные системы с рКа= 6 ,0-8,0.
Какследует из таблицы 8 , таких буферов немного. К ним относятсяфосфатный и трис буферы. Но они имеют ряд существенныхнедостатков (см. выше).Ограниченный выбор эффективных буферных растворов с рКа вфизиологической области pH 6 ,0-8,0 побудил ученых к созданиюсинтетических буферов. В 1966 г. Н.Е Гуд и соавт. (N.E. Good et al.)предложили целый набор буферных растворов, называемых теперьбуферами Гуда (табл. 9). Впоследствии список, предложенныйГудом, был существенно расширен, что позволяет работать вдиапазоне pH 5,0-9,0 и выбирать для экспериментальной работыбуферы с величиной рКа, очень близкой к требуемому значению pH(при этом можно существенно уменьшить концентрацию буфера).Все эти буферы (за редким исключением) отвечают основнымтребованиям, предъявляемым к буферным растворам.Поскольку константа диссоциации таких буферов не сильноменяется в зависимости от концентрации, удобно готовить болееконцентрированный буферный раствор (stock solution), а потомразводить его по мере необходимости.
При этом значения pHисходного и разведенного буферных растворов не будут сильноотличаться. Однако прежде чем пользоваться таким приёмом,необходимо убедиться, что это условие действительно выполняется.Так как на константу диссоциации сильно влияет температура,изменение последней нужно учитывать при приготовлении буфера(если буфер будет использоваться при +4°С, его лучше исходно57Таблица 9. Некоторые буферы Гуда, часто используемые вбиохимических исследованиях, и величины их рКа (при 20°С).НазваниеСокращенное(МЭС)2-(Л,-морфол ино-)этансульфоновая кислотаB IS -T R IS *бис( 2-гидроксиэтил)-(бис-ТРИС)и минотрис(ги дроксиметил)метанЛЧ2-ацетамидо)иминодиуксусная кислотаM ESСтруктурная формулаПолное5,8-6,56,55,9-7,26,626,4-7,46,826,4-7,2H 2N C 0 C I b N H ( C H 2) 2S 0 3H6,886,4-7,4( H 0 C H 2C H 2 )2 N C H 2 C H 2S 0 3 H7,176,6-7,67,206,5-7,97,57,0-8.06,8-8,27,557,0-8,07,87,0-8,6ь( H O C H 2 ) 3 C - N ( C H 2C H 2O H ) 2оА-Го.
.. КP IP E S(ПИПЭС)ACES(АЦЭС)BES(БЭС)M O PS**(МОПС)пиперазин-1, 4 - б и с ( 2 этансульфоноваякислота)А^-(2-ацетамидо)-2аминоэтансульфоноваякислотаN, N-6uc( 2-гидроксиэтил)-2-аминоэтансульфоновая кислотаЗ-(УУ-морфолино-)пропансульфонаг(ТЭС)HEPES(ЕЭПЭС)TEA*ОН- ’• • • чH 0 3 S C H 2C H 2 N ^ J \ t C H 2C H 2 S 0 3H0TESЛ'-трис(гидроксиметил)метил-2-аминоэтансульфоновая кислота./V-2-гидроксиэтилпиперазин-УУ’-этансульфоновая кислотатриэтаноламинБуфернаяобласть6,15%ЛНОАДА(АДА)pKa" Ho '( H 0 C H 2 ) 3 C N H C H 2 C H 2 S 0 3H( H O C H 2C H 2) 3N +H(ТЭА)8,08 7,0-9,0трис(гидроксиметил)( H 0 C H 2) 3C N H 2 - H C 1аминометан( H O C H 2) C N H C H 2C O O H8,15 7,6-8,8T R IC IN Eтрис(гидроксиметил)(ТРИЦИН)метил глицинА,,А?-бмс(2-гидрокси( H O C H 2C H 2) 2N +H C H 2C O O H8,35 7,8-8,8B IC IN E(БИЦИН)этил)глицин* Не является цвиттерионом.**На примере MOPS показана цвиттерионная форма молекулы принейтральных значениях pH.
Аналогичную форму могут принимать и другиемолекулы, представленные в таблице.T R IS *(ТРИС)58готовить на холодной воде). Для всех буферных растворов естьсправочные данные изменения pH от температуры.Постоянное значение pH внутри клетки и внеклеточнойжидкости организма в целом поддерживается с помощью различныхбиологических систем, однако буферная - первая из них.Наиболее важные буферные системы млекопитающих фосфатная и бикарбонатная. Фосфатная буферная система (Н 2РО 4" Н Р 0 42") участвует в поддержании pH внутриклеточной жидкости иобладаетмаксимальной эффективностьюпри рН=6,8-6,9.Бикарбонатная система (Н 2СО 3 — НСОз‘) является главнойвнеклеточной буферной системой крови.
Её константа равновесия:К , = [ Н +] [ Н С О з - ] / [ Н 2С О з ] .Уникальной особенностью этой системы является то, что один из еёкомпонентов - угольная кислота (I12С 0 3) - образуется в результатевзаимодействия с водой растворенного углекислого газа:С 0 2(р) + Н20 <-> Н 2С 0 3Константа равновесия этой реакции:К 2 = [Н2С 0 3] / [ С 0 2(р)][Н 20 ]В свою очередь концентрация растворенного в воде СО?определяется равновесием с С 0 2 газовой фазы С 0 2(г) <—> С 0 2(р) иконстантой равновесия:К 3 = [С 0 2( р ) ] /[ С 0 2(г)]Таким образом, величина pH бикарбонатной буферной системызависит от концентраций Н С 0 3' и Н 2С 0 3, а последняя, в своюочередь, от концентрации растворенного С 0 2, которая определяетсяпарциальным давлением С 0 2 в газовой фазе.
Следовательно,величина pH бикарбонатного буфера в конечном счете определяетсяконцентрацией ионов Н С 0 3' в водной фазе и парциальнымдавлением С 0 2 в газовой фазе. Эффективным физиологическимбуфером бикарбонатная система является вблизи pH 7,4.59ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬЦ е л ь ю данной работы является:1 ) вспомнить основные приемы расчета концентрацийрастворов;2)познакомиться с основными принципами приготовлениярастворов, в том числе буферных;3) изучить основные свойства буферных растворов.Перед тем как приступить к практической работе, нарисуйтеподробную последовательную схему операций, которые Вампредложено выполнить. Обозначьте на ней номера образцов,которые необходимо проанализировать.1. Приготовление буферного раствора заданной концентрации иопределение его рКа.1. Рассчитайте массу навески, необходимую для приготовления100 мл раствора КН 2Р 0 4 или NaH 2PC>4 с концентрацией,заданной преподавателем.
Проверьте рассчитанную массунавески соли у преподавателя.2. Сделайте рассчитанную навеску и растворите ее вдистиллированной воде (конечный объем раствора долженбыть 100 мл).3. Отлейте 50 мл приготовленного раствора в другой стаканчик(образец №1) и с помощью рН-метра определите величину pH(оставшиеся 50 мл обозначьте как образец №2).4. Постройте кривую титрования (рис. 1) для образца №1 зависимость pH раствора от степени оттитрованности иликоличества мг-экв добавленной щелочи. Для этого, исходя изконцентрации приготовленного Вами буферного раствора,рассчитайтеконцентрациюсоответствующегорастворащелочи, которым удобно пользоваться (имеются растворыщелочи с концентрацией: 0,1, 0,2, 0,5, 1,0 М) и объемыаликвот, которые нужно добавить к буферному раствору,чтобы на кривой титрования оказалось не менее 10 точек.Подтвердите правильность своего выбора расчетами ипроверьте их у преподавателя.Из рис.
1 определите величину рКа приготовленногоВами раствора и сравните ее со значением рКа К-фосфатного(Na-фосфатного) буфера, известным Вам из литературы.602. Изучение некоторых свойств буферных растворов.2.1.Влияние разведения на pH буферного раствора.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
