admin | 世界杯足球赛事
很多小伙伴不太明白酸碱反应的实质性内容(比如去质子的碱如何选择),所以大概总结了下面这个分享,包括pKa的定义,pKa指导原则,pKa影响因素,常见化合物的pKa,以及能查询pKa的网站推荐
1、什么是pKa?
pKa即解离常数(dissociation constant),是水溶液中具有一定解离度的溶质的极性参数。
绝大多数的药物包含可电离的基团,多数为碱性的,也有部分为酸性。只有极少部分为中性,不能电离。pKa是电离常数Ka的负对数。对于酸和碱,通常均采用pKa表示。
对于酸:
HA = H+ + A-
pKa =-log([H+][ A-]/[HA])
对于碱:
HB+ = H+ + B
pKa =-log([H+][ B]/[HB+])
pKa表明了一种化合物的电离度,它是分子中基团与酸性、碱性的关系函数,属于酸碱质子理论的内容。
对于碱性化合物来讲,这时的pKa实则为碱性化合物(B)共轭酸(BH+)的酸性解离常数。
药物化学家可以改变分子中酸性或碱性的结构,以便得到期望的pKa,而pKa可以决定化合物在介质中的存在形态,进而决定其溶解度、亲脂性、生物富集性以及毒性。
2,pKa值在合成中的指导
p Ka越小则酸性越强,越大则碱性越强,在化学反应中, 一般认为:
当一个阴离子去攫取质子时,最多可以拔掉其对应共轭酸pKa+5化合物的氢;两种化合物的 Δ pKa > 3 时,形成盐;而 0 < Δ pKa <3 是可能形成共晶,也可能形成盐,没有明确的界限。
在进行临床前制剂开发时,化合物的 pKa 也是是否可以使用调节 pH 方式增溶的依据。
3、影响pKa的几个因素
影响 pKa 大小的因素主要有 分子 脱去质子(H + )的能力 ,原子电负性和半径大小,分子结构上是否存在共轭,诱导效应,分子杂化轨道成分,以及溶剂。
①分子脱去质子的能力 很容易理解,分子越是容易脱去质子,则其酸性就越强,pKa也就越小,反之,同样理解。
如果分子上离开一个质子,则其形式电荷(formal charge)就降低一个单位。此时,再失去一个质子就变得困难一些。
如上图所示,当水分子得到一个质子变成H3O+,它的质子容易脱去,所以pKa相比H2O变小。而如果脱去一个质子,变为羟基(OH-),则很难继续脱去质子,氨亦然!
②原子半径和电负性大小 都表现出了对质子的束缚。
同一周期从左到右,原子的电负性增大,简单理解:电负性越大的原子,越容易吃着碗里的看着锅里的,越容易抛家弃子出走,表现出来就是容易失去质子(原配),pKa也就越小,分子酸性越强。
同一主族,从上到下,原子半径依次增大,我们都知道,原子半径越大越容易体现出金属性,而金属直接和质子去结合?
结果无需猜!
质子压根很难靠上去,pKa也就小的厉害 ,酸性自然极强。
(PS:如果靠上去了,可能质子连转世重来的机会都不会有了,被金属连骨头带肉吃的干净,直接改性,由质子变成负离子,而金属在一定程度下反而可以被认定为质子,这便是“负氢试剂”。)
所以单单从原子半径的角度出发,也就不难理解酸性HF<HCl ③分子结构中存在共轭会使PKa变小,酸性增加。 一个简单的例子就是苯酚和环己醇: 因为苯酚中苯环和酚羟基可以形成共轭结构,O上的电子可以跑到苯环上,所以酚羟基中的质子更容易离去。因此,苯酚的酸性要强于环己醇。 ④诱导效应的影响。 电负性的越大的原子越容易吸引负电荷,从而使得共轭碱更稳定。已知电负性大小顺序为F﹥Cl﹥Br﹥I,所以F吸电子诱导作用最强,更容易让质子电离出来,PKa值愈小,F取代的酸酸性最强。 如上图所示,乙酸的酸性是最弱的,而当甲基中的H被卤原子取代后,氟代乙酸酸性是最强的,而碘代乙酸酸性是最弱的,但强于乙酸。 同时,很容易理解,如果电负性原子和要电离的质子距离比较远,则吸电子诱导作用越弱,则对分子酸性影响越小。 ⑤分子轨道成分的影响。 电子轨道对酸性的影响表现在:如果s成分越高,则酸性越强。sp3杂化s特性的比例是25%,sp2杂化s特性的比例是33%,sp杂化s特性的比例是50%。也就是说sp杂化的分子酸性最强。如下图,以乙烷分子,乙烯分子,乙炔分子为例: ⑥溶剂对pKa值的影响也是值得考虑的。 讲溶剂的影响其实就涉及到实验设计的模块了。比如一个去质子的反应,在进行时我们会考虑用什么碱好。也会考虑用的溶剂是否匹配,比如该溶剂是否能稳定去质子得到的共轭碱阴离子,而不造成淬灭。 但这方面的数据我个人觉得是经验积累的过程,因为精力有限,目前并没有看到讲这块讲的很好的书(有推荐的朋友可以私聊菜籽下),目前最易查到的PKa数据,一般要么是水做溶剂,要么是DMSO作溶剂,要么是气相中检测。 返回搜狐,查看更多