Αμινοξέα Αμφολύτες Ισοηλεκτρικό σημείο Καμπύλη τιτλοδότησης

Transcript

1

2 Αμινοξέα Αμφολύτες Ισοηλεκτρικό σημείο Καμπύλη τιτλοδότησης

3 Οργανικές ενώσεις που περιέχουν μία τουλάχιστον καρβοξυλική ομάδα (-RCOOH) και μία τουλάχιστον αμινομάδα (-NH 2 ). Συμμετέχουν σε αρκετούς μηχανισμούς της ενδιάμεσης ανταλλαγής ύλης Είναι πρόδρομες ενώσεις πολλών βιολογικά σημαντικών ενώσεων. Είναι δομικές μονάδες των πρωτεϊνών και καθορίζουν τις ιδιότητές τους.

4 Τα αμινοξέα επειδή περιέχουν μια καρβοξυλομάδα (-COOH) και μια αμινομάδα (-NH 2 ) εμφανίζουν - ανάλογα με το περιβάλλον - όξινες ή βασικές ιδιότητες, δηλαδή είναι αμφολύτες.

5 Η οξεοβασική συµπεριφορά των αµινοξέων µπορεί να περιγραφεί µε βάση τη θεωρία των Bronsted-Lowry. Ένα µονοάµινο-µονοκαρβοξυλικό αµινοξύ είναι ένα διβασικό οξύ όταν είναι πλήρως πρωτονιοµένο. Κατά την πλήρη τιτλοδότησή του µε µια βάση µπορεί να αποδώσει διαδοχικά δύο πρωτόνια σύµφωνα µε τις παρακάτω εξισώσεις. H 3 N + -CHR-COOH H 3 N + -CHR-COO - + H + (1) H 3 N + -CHR-COO - H 2 N-CHR-COO - + H + (II) Εφαρµόζοντας την εξίσωση Ηenderson-Hasselbach θα έχουµε: ph = pk 1 + log [H 3N + CHR COO ] [H 3 N + για την (Ι) CHR COOH] ph = pk 2 + log [H 2N CHR COO ] [H 3 N + CHR COO ] για την (ΙΙ)

6 Σε ουδέτερη τιμή ph το αμινοξύ υφίσταται κυρίως με τη μορφή που περιέχει και τις δυο ομάδες φορτισμένες (διπολικό ιόν). Για παράδειγμα, η γλυκίνη (το πιο απλό αμινοξύ) Η 2 Ν-CH 2 -COOH στην περίπτωση που διαλυθεί στο νερό, το ph του διαλύματος θα είναι περίπου 6 και η δομή της η εξής: Η 3+ Ν-CH 2 -COO - Δηλαδή η καρβοξυλομάδα ελευθερώνει ένα πρωτόνιο που το προσλαμβάνει η αμινομάδα. Η μορφή (Ι), ονομάζεται ισοϊονική μορφή γιατί δεν έχει καθαρό φορτίο, ή ισοηλεκτρική γιατί αν διαβιβάσουμε από το διάλυμά της ηλεκτρικό ρεύμα, τότε αυτή δεν θα κινηθεί. (Ι) Ορισμός

7 Η ακριβής τιμή ph στην οποία το αμινοξύ έχει καθαρό φορτίο ίσο με μηδέν (δηλαδή έχει μετατραπεί όλο το αμινοξύ σε διπολικό ιόν) ονομάζεται ισοηλεκτρικό σημείο (pi). Το ισοηλεκτρικό σημείο (pi) θεωρητικά ισούται με το ημιάθροισμα των pk 1 και pk 2. pi = pk 1 + pk 2 2 Πειραματικά μπορεί να προσδιοριστεί από την καμπύλη τιτλοδότησης του αμινοξέος.

8 Η I R C CΟΟΗ I ΝΗ 3 + μορφή II Η I R C CΟΟ I ΝΗ 3 + διπολικό ιόν μορφή Ι Η I R C CΟΟ I ΝΗ 2 μορφή III pη < pι pη = pι pη > pι Το αμινοξύ εμφανίζεται φορτισμένο θετικά. Το αμινοξύ έχει συνολικό φορτίο μηδέν. Το αμινοξύ εμφανίζεται φορτισμένο αρνητικά.

9 Για κάθε αμινοξύ υπάρχει μια χαρακτηριστική καμπύλη τιτλοδότησης, η οποία αντιστοιχεί στο διάγραμμα του ph ενός υδατικού διαλύματος του αμινοξέος σε συνάρτηση με την προσθήκη ισοδυνάμων ΗΟ -. Σε μια τυπική καμπύλη τιτλοδότησης η προσθήκη ΗΟ - ξεκινά από την πλήρως πρωτονιωμένη μορφή του αμινοξέος (ισχυρά όξινο ph), με αποτέλεσμα στην αρχή παρατηρείται αύξηση της τιμής pη του διαλύματος, αφού αφαιρούνται πρωτόνια από το διάλυμα. Σε κάποιο χρονικό σημείο παρατηρείται μια σημαντική ελάττωση του ρυθμού αύξησης του ph (σχηματισμός πλατό). Αυτό αποτελεί ένδειξη ότι τα ΗΟ - αντιδρούν πλέον με τα πρωτόνια κάποιας από τις ιοντισμένες ομάδες του αμινοξέος. Η επόμενη απότομη αύξηση της τιμής του ph αποτελεί ένδειξη ότι τα συγκεκριμένα πρωτόνια έχουν αντιδράσει πλήρως. Ο σχηματισμός και δεύτερου πλατό είναι ένδειξη ότι το αμινοξύ δεν είναι ουδέτερο.

10 - Η τιμή του ph στο κέντρο του 1 ου πλατό αντιστοιχεί στο pk 1. - Η τιμή του ph στο κέντρο του 2 ου πλατό αντιστοιχεί στο pk 2. - Το ισοηλεκτρικό σημείο του αμινοξέος δίνεται από τον τύπο pi = (pk 1 + pk 2 ) / 2 ή προσδιορίζεται ως το μέσο του μεγίστου δυνατού ευθυγράμμου τμήματος.

11 Καμπύλη τιτλοδότησης Προσδιορισμός ισοηλεκτρικού σημείου

12 Δ/μα υδροχλωρικής γλυκίνης 0.1Μ (2,79g σε 250ml) Δ/μα ΝαΟΗ 0.1Μ Πεχάμετρο Προχοΐδα 50ml Ποτήρι ζέσεως 100ml

13 1. Σε ποτήρι ζέσεως των 100ml, τοποθετούνται 10ml διαλύματος υδροχλωρικής γλυκίνης 0,1Μ. 2. Γεμίζεται μια προχοΐδα με διάλυμα ΝaΟΗ 0,1Μ. 3. Μεταφέρεται το ηλεκτρόδιο του πεχάμετρου στο διάλυμα του αμινοξέος και καταγράφεται το ph του διαλύματος (V NaOH =0). 4. Το δ/μα του αμινοξέος τιτλοδοτείται με NaOH προσθέτοντας αρχικά δόσεις 1ml διαλύματος βάσης (μικρή μεταβολή ph) και 0,2-0,5ml όταν το ph μεταβάλλεται αρκετά. 4. Kαταγράφονται οι μετρήσεις σε πίνακα τιμών V NaOH -ph.

14 V ΝαΟΗ (ml) 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 ph 5. Με βάση τις τιμές του πίνακα κατασκευάζουμε διάγραµµα σε μιλιμιτρέ χαρτί µε τετµηµένη (x) τον όγκο του NaOH που χρησιμοποιήθηκε και τεταγµένη (y) τις τιµές του ph που µετρήθηκαν. 6. Προσδιορίζουμε από τη γραφική παράσταση το ισοηλεκτρικό σημείο (pi) ως το μέσο του μέγιστου δυνατού ευθυγράμμου τμήματος. 11

15 pi

16 1. Πίνακας τιμών ph, V NaOH. 2. Διάγραμμα τιτλοδότησης. 3. Προσδιορισμός ισοηλεκτρικού σημείου.