ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кривые титрования водородных ионов из "Химия полимеров" Равновесие между ионами водорода и макромолекулами, имеющими кислый, основной или амфотерный характер, изучалось более широко, чем большинство других случаев равновесия. Это частично связано с тем фактом, что измерение pH представляет собой удобное средство определения активности ионов водорода в интервале от до 10 . [c.620] На рис. 163 приведены те же данные в логарифмической форме. Левая часть уравнения (30-2) отложена по оси ординат, а а— по оси абсцисс. Так как 2=0 при а=0, то отрезок, отсекаемый на оси ординат, равен р/Схар.- Полученное значение составляет 4,85 это вполне правдоподобная величина характеристической р/С для карбоксильной группы (для уксусной кислоты, например, р/С=4,76). [c.623] В действительности характеристические свойства карбоксильных групп полиметакриловой кислоты должны скорее напоминать свойства карбоксильных групп глутаровых кислот НООС(СНК)зСООН, чем свойства кислот с изолированными карбоксильными группами. Кхар. должна быть равна приблизительно половине первой константы диссоциации такой кислоты, которая дает Р хар. 4,6. Однако глутаровые кислоты, содержащие метильную группу в ог-положении, не изучались, и их рК вполне может быть несколько выше. Водородные связи между незаряженными карбоксильными группами также могут привести к увеличению р/С (см. рис. 178). [c.623] Мы видим, что кривые на рис. 162 нелинейны. Это может означать только то, что гл) не является постоянной величиной и, следовательно, также не постоянно. Этот вывод полностью совпадает с ожидаемой картиной, так как мы видели в разделе 27, что с ростом заряда макромолекула полиэлектролита должна развертываться. [c.623] Из уравнения (30-4) можно рассчитать ш как функцию от а и затем по уравнению (30-3) можно получить эффективный радиус как функцию от а. Результаты таких расчетов для двух кривых рис. 163 показаны на рис. 164. Качественная картина изменения в зависимости от а согласуется с результатами, полученными для типичных полиэлектролитов на основании измерений рассеяния света и вязкости (см. раздел 27а). [c.624] О—данные получены на основании вискозиметрических измерений ф—данные получены на основе результатов титрования, представленных на рис. 163. [c.624] Полученные отсюда значения также приведены на рис. 164. Удовлетворительное количественное совпадение значений радиуса с величинами, найденными на основании результатов титрования, наблюдается только при малых а. В этом нет ничего удивительного, если учесть приближения, сделанные при интерпретации кривых титрования. Тем не менее ясно, что приведенная здесь полу-количественная картина в общем правильна. [c.625] Равновесие ионов водорода в растворах синтетических полиэлектролитов, содержащих как положительные, так и отрицательные заряды, не подвергалось детальному изучению. Тем не менее из имеющихся данных ясно видно влияние изменений конформации, происходящих в этих полимерах. [c.625] Как уже указывалось в разделе 29д, полиамфолиты вблизи изоэлектрической точки имеют очень компактную конформацию благодаря притяжению между их положительными и отрицательными зарядами. Это очень затрудняет как присоединение, так и отщепление ионов Н , так как нача ное значение 1Ре1 велико и отрицательно, а производная д е /д Е положительна и также велика. Поэтому pH может изменяться на несколько единиц в ту или иную сторону от изоэлектрической точки, причем ни кислотные, ни основные группы заметно не титруются. [c.625] Все белки содержат разнообразные кислотные и основные участки. В некоторых белках равновесие этих участков с ионами водорода определяется с большим трудом, так как возрастание заряда при титровании иногда может сопровождаться необратимыми изменениями конфигурации ( денатурацией ). Однако в случае многих белков, макромолекулы которых невелики, такие трудности не возникают вообще или же появляются только в крайних областях кривой титрования. В этих случаях равновесие легко определяется экспериментально и с некоторым приближением подчиняется уравнению (30-1). Если рассматриваемые белки глобулярны, их макромолекулы могут быть компактны и непроницаемы для растворителя в широком интервале pH, и поэтому фактор электростатического взаимодействия ш, входящий в уравнение (30-1), может быть выведен из уравнения (26-30) для и определяется выражением (29-32). Характеристические константы Кхзр. должны соответствовать константам диссоциации малых молекул, содержащих те же самые диссоциирующие группы. [c.626] Мы коснемся несколько более подробно равновесия ионов водорода в растворе рибонуклеазы , чтобы выяснить, насколько приближенная теория соответствует экспериментальным результатам. Рибонуклеаза была выбрана потому, что она представляет собой один из простейших белков, а также потому, что содержание в ней аминокислот точно известно и мы знаем количество титруемых групп каждого типа (т. е. п , п ,. ..). Более того, вискозиметрические данные показывают, что молекулы этого белка имеют компактную форму, близкую к сферической, при всех значениях pH между 2 и И. [c.626] Если считать, что кривая имеет 5-образную форму, и произвести разумную экстраполяцию, можно получить для этой области число ионов Н , равное 16—17. Следует отметить, что кривая титрования обратима только до рН=11,5. При более высоких pH кривая не соответствует состоянию термодинамического равновесия. [c.627] Возвращаясь к анализу рис. 166, заметим, что первая область соответствует титрованию самых кислотных участков молекулы, вторая—участков средней кислотности и т. д. Поэтому можно сразу идентифицировать эти участки, так как значения р7(, которые следует ожидать для различных возможных титруемых групп, хорошо известны (табл. 38). Из таблицы видно, что карбоксильная группа должна быть самой кислотной, имидазольная и а-ами-ногруппа занимают промежуточное положение, а фенольная группа и боковая аминогруппа наименее кислотны. (Присутствуют также гуанидильные группы, но они, очевидно, должны титроваться в области pH намного выше 12.) Правильность идентификации этих групп может быть проверена различными путями, которые нет необходимости здесь рассматривать. (Один из путей состоит в приблизительном определении теплоты диссоциации, см. рис. 161.) Для нас достаточно идентифицировать группы и сделать вывод, что всего имеется И карбоксильных групп, 5 имидазольных и а-аминогрупп и около 16 фенольных групп и боковых аминогрупп. Это согласуется с данными о количестве диссоциирующих групп, полученных на основании сведений об аминокислотном составе молекулы (см. табл. 38). [c.628] СООН в боковой цепи. [c.629] Мы можем теперь анализировать по отдельности четыре члена, соответствующие боковым карбоксильным, аминогруппам, имид-азольным и фенольным группам. Каждый член может быть представлен в логарифмической форме по формуле (30-2). Значения а при любых pH находятся из экспериментальных данных. Среднее значение суммарного заряда I можно получить по кривой титрования (рис. 166) путем простого подсчета числа связавшихся или диссоциировавших протонов относительно точки нулевого суммарного заряда. (В разделе ЗОд описан способ определения этой точки.) Подсчитывая I таким путем, мы предполагаем, что белок не реагирует с другими ионами, в данном случае с К и СГ. Это предположение может быть подтверждено экспериментально. Если связываются и другие ионы, как, например, в случае сывороточного альбумина, при расчете величины 2 для определенного значения pH следует учитывать измеренное количество таких ионов, присоединяемых при этом pH. [c.630] Теперь МОЖ1Ю построить график зависимости левой части уравнения (30-2) от 2. Такой график, построенный для карбоксильных групп рибонуклеазы, показан на рис. 167. Мы видим, что графики линейны, как и следует из уравнения (30-2). Величины наклонов прямых, данные в табл. 39, несколько превышают значения гю, рассчитанные по уравнению (29-32). При экстраполяции прямых к 2=0 получаем на оси ординат отрезок, равный 4,7, что хорошо согласуется с ожидаемым значением рКхар. для карбоксильных групп. [c.630] Грубых приближений. Степень соответствия теории эксперименту приблизительно такая же как и в случае имидазольных групп и аминогрупп. (Значения р/Схар. для этих групп приведены в табл. 38.) При исследовании других белков, молекулы которых невелики, получаются те же результаты грубое соответствие с теорией, но всегда небольшие определенные количественные отклонения от ожидаемого значения наклона прямой или от значения р/Схар. или от обеих этих величин. [c.632] В ЭТОЙ таблице представлены также характеристические значения теплоты и энтропии ионизации для диссоциации фенольных групп. В случае сывороточного альбумина и здесь наблюдаются большие-отклонения от ожидаемых результатов. [c.633] Вернуться к основной статье