CC BY
13I. ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ Неорганическая и физическая химия
УДК 543.555.4+543.08
Alexey V. Selitrenikov1, Yuri E. Zevatskii1,2,3, Denis V. Samoylov1
METHOD OF DATA PROCESSING OF CONDUCTOMETRIC TITRATION IN WATER-ORGANIC MEDIA
1nNovbytkhim", Zheleznodorozhnaya ul., 45, Gatchina, Len-ingragskaya obl., Russia
2 St. Petersburg State University of Industrial Technologies and Design, ul. Bolshaya Morskaya 18,
St. Petersburg, 191186 Russia
3 St. Petersburg State Electrotechnical University, ul. Professora Popova 5, St. Petersburg, 197376, Russia e-mail: [email protected]
The application of the previously developed original method for data processing of conductometric titration of solutions of weak electrolytes of low concentration (less than 2104 mol/l) for determining the acidity constants of basic titrants, dibasic acids and ampholytes in three aqueous-organic systems: water-ethano, water-acetone, and water-dimethyl sulfoxide is demonstrated. The determined acidity constants and total limiting conductance of acetic acid, triethylamine, Tris and carbonic acid in selected aqueous-organic mixtures simplify the usage of the method to measure pKa of other objects in those media.
Keywords: conductometry, interpretation of experimental data, aqueous-organic media, acidity constants.
DOI 10.36807/1998-9849-2020-54-80-3-14
Селитреников А.В.1, Зевацкий Ю.Э.1,2,3, Самойлов Д.В.1
МЕТОД ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОГО ТИТРОВАНИЯ В ВОДНО-ОРГАНИЧЕСКИХ СРЕДАХ
1 АО "Новбытхим", Железнодорожная ул., 45, г. Гатчина, Ленинградская обл. Россия 2Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна, Большая Морская ул., 18, Санкт-Петербург, Россия 3 Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет ("ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина), ул. Профессора Попова, 5, Санкт-Петербург, 197376, Россия. е-mail: [email protected]
Продемонстрировано применение разработанного ранее оригинального метода обработки данных кондукто-метрического титрования растворов слабых электролитов низкой концентрации (менее 2104 моль/л) для определения констант кислотности базовых титрантов, двухосновных кислот и амфолитов в трёх водно-органических системах: вода-этанол, вода-ацетон и вода-диметилсульфоксид. Полученные значения констант кислотности и суммарных предельных проводи-мостей уксусной кислоты, триэтиламина, ТРИС и угольной кислоты/ в вы/бранных водно-органических смесях позволяют упростить применение метода для определения рКа других объектов в данных средах.
Ключевые слова: кондуктометрия, интерпретация экспериментальных данных, водно-органические среды, константы кислотности.
Дата поступления -15 июня 2020 года
Введение
В связи с развитием фармакологии и смежных с ней областей науки (Life science), особую актуальность приобретает задача определения физико-химических параметров биоактивных соединений. Среди изучаемых параметров особое место занимает константа кислотности (Ка), поскольку данная характеристика биоактивных соединений необходима для предсказания их фармакологических свойств [1-3]. В связи с этими наблюдается стойкий интерес к теоретическому и экспериментальному определению данной величины в средах, моделирующих биологические объекты, таких как водно-органические [4, 5], мицеллярные [6], организованные [7-9], макро- [10] и супрамолекуляр-ные системы [8, 11]. С другой стороны, влияние среды на прототропные равновесия, выражающееся в изменении показателя константы кислотности (рКа) соеди-
нений и дифференцировании силы кислот, является предметом неослабевающего внимания исследователей в области физической органической химии [12-14].
Бинарные смеси воды с органическими растворителями являются традиционными и очень популярными средами для исследования протолитических свойств самых разнообразных соединений, и особенно биоактивных соединений [1, 15-18]. Популярность данных сред определяется удобством варьирования свойств среды, позволяющим моделировать различные биологические объекты. При этом экспериментальные и расчетные процедуры изменяются очень незначительно по сравнению с водными растворами.
Ранее нами был разработан метод обработки данных кондуктометрического титрования для определения констант кислотности слабых кислот (оснований) в водных растворах для концентраций менее
10-4 М [19, 20]. При таких концентрациях значения мольных проводимостей считались предельными и аддитивными. В математической модели использованы только уравнения материального и зарядового баланса с участием угольной кислоты и диссоциации воды в рамках теории Бренстеда-Лоури. В нее не входят ни транспортные свойства отдельных ионов, ни свойства растворителя. В результате обработки массива экспериментальных данных получены предельные проводимости базовых титрантов, константы кислотности три-этиламина, уксусной кислоты (Кш+, Кс0н), а также значения констант кислотности угольной кислоты (Кс1 и К2). Считая полученные параметры инвариантами, аналогичным образом определены константы кислотности 7 соединений различной природы.
С целью оценки области применения и расширения возможностей данного метода мы решили применить его для получения и обработки данных в водно-органических системах, исходя из рассмотренных выше значимости таких сред и удобства их применения для нашей цели.
Процедура обработки экспериментальных данных
По Александрову [21] ионное произведение К бинарного растворителя, например, смеси этанол-вода можно представить как произведение сумм активностей лионий-ионов на сумму активностей лиат-ионов:
K = (a
HO
■+ + aH2OEt + )(aOH-
+ a
OEt-
) ■
В кондуктометрии мы имеем дело с концентрационными константами и не имеем возможности определять концентрации отдельных лионий- и лиат ионов, поэтому будем обозначать ионное произведение водно-органических смесей как кк = [Н+][ОЫ"],
имея в виду что [Н] есть сумма концентраций протонов, сольватированных водой и органическим компонентом, а [ОН-] - сумма концентраций продуктов
депротонирования воды и органического сораствори-теля.
В опытах кондуктометрического титрования получали серии экспериментальных точек (4 С) удельной проводимости и (мкСм/см) от концентрации добавленного титранта С (моль/л). Обработка экспериментальных данных методом нелинейной регрессии выполнялась с целью найти неизвестные значения констант диссоциации слабых электролитов подвижно-стей ионов и концентраций компонентов.
Для всех (3 растворителя х 5 составов х 7 экспериментов = 105) серий рассчитанная ионная сила исследуемых растворов не превышала 5-10"4 моль/л; концентрация Н2С03 в воде, использованной для титрования составляла 110-6 - 1.3-10"4 моль/л, а удельная
проводимость находилась в пределах 0.2-12 мкСм/см. Всего в семи сериях измерений было получено (105 экспериментов * ~120 точек = 12600) экспериментальных пар значений.
Обработку данных рассмотрим на примере титрования раствора, содержащего Y моль/л триэти-ламина и X моль/л угольной кислоты титрантом - уксусной кислотой (Способ 1). (Значения Y¡ для каждой экспериментальной точки корректировались с учетом разбавления титрантом, а значения X¡ - нет, так как считалось, что титрант содержит столько же угольной кислоты, сколько и титруемый раствор.) Теоретическую удельную проводимость и (мкСм/см) для Ьтой точки представляли как сумму произведений подвиж-ностей отдельных ионов на их концентрации: и, = 1000^с}Х} = /С,,X,,у,,,КАЮН,Кл,Кс2,К„),
где с (моль/л), А/ (Смхм2/моль) - концентрации и подвижности (ионные проводимости) присутствующих в растворе ионов; А0, - подвижности ионов при бесконечном разбавлении; А - эмпирический коэффициент для простейшей зависимости подвижностей от ионной силы I раствора: х =х0 (1-ЛДТ7). При обработке дан-
считалось что:
ных
K + ] [Et3N]
KAcOH [H+1
[AcO-
■' Kcl =[H+]
[HCO3-]'
Kc2=[H+]
[Et3NH+] [CO32-] -
[АсОН] -- ^ы2со3] ~с2 -- '[нсо3"]
концентрационные константы диссоциации сопряженной кислоты триэтиламина, уксусной кислоты, угольной кислоты по первой и второй ступеням соответственно. Для удобства перейдем к приведенным безразмерным концентрациям и константам: , _ [Н+] ,
ь=к
о/г-ЮН+^-1 (нейтральной среде соответствует
° = л К ~ ь
h = oh = 1 )' с С
X ' y=.
Y
K
k = - n
С
х=^к:
учетом зарядового баланса [Ы+]+[Е1з:ЫЫ+]=[ОЫ-]+[АсО-]+[ЫСОз-]+2[СОз2-] можно выразить концентрации всех ионов через концентрацию протонов Л, которую можно найти численным решением уравнений
1 k
1 + kAcOH с + _
kc1h + 2kc1kc 2 _x_l7__
h
h kAcOH +h h + kc1h + kc1kc'.
кислой (Л>1)
kEhNH + + h
области
y = 0
oh +
k.r„„oh
1
oh k
1-y = 0; h = —
+oh +1 oh
в щелочной (Л<1) области, используя нулевое приближение Л= 0/7=1.
Тогда и выражается через подвижности ионов А¡ как:
и = 1000(1 - )4К: [Я\ + ь + а-Г) У + Х°оы-1 + Х°АсО-«С + (Х ыСО-^1 +Л\гп х] '
или через суммы подвижностей ионных пар Л как:
Lt = 1000(1 - A^VI ^VKT [(Л°
Et3NH+Cl- - A°HCl)(1 - У)У + A\~ + A°AcOH«c + (A°dA + A°c.2^2)*1 '
и
k oh + 2k k oh
c +
kAcOHoh + 1
1 + kaoh + kakc2oh
где
а = -
kAcOH + h
Г =
kEhNH ++ h
ßi =—Л£--м
h + k h + k,k., cl cl c2
1 = 1Z Z)cj =4K~w [1+ac + ß + 3ß2) X]'
ß = kc1kc 2
2 h' + kdh + kc1kc2
A°AcOH = +^°AcO- '
Л°иа = 2°H+ + 2°C1- '
1°, = 2° + +2° '
c1 H+ HCO3-
А°с2 - + 2. , Л И3МН+СГ " ^ Й3МН+ + ^ С1-
2 3
Получив функциональное выражение для и можно записать сумму квадратов относительных отклонений Е и первый момент т для экспериментальной серии из N точек как
з-Е ()2 - / ( 4,{Л}, х„у1, к кАс0н, к01, кл, к„),
« = 1Z (^^) = f (Ад,{Л}, X, Y, KAcoh, Kl, Kc2, K) '
где {Л} - вектор параметров сумм подвижностей ионов
л° л° л° л° л° л° . Для других титровал w, л HCl, л AcOH , л cl, л c 2, л et^nh+cr
ний аналогично получали выражения для Lt, Е, m, с учетом материального баланса компонентов и уравнения электронейтральности.
Для каждого состава исследуемых водно-органических смесей получали 5 серий кондуктометриче-ского титрования (титруемое вещество+титрант): NaOH + HCl; Na2CO3 + HCl; Na2CO3 + AcOH; Et3N + HCl и Et3N + AcOH,
где AcOH обозначает уксусную кислоту, а Et3N - триэти-ламин. Концентрации титруемых веществ находились в пределах (0.4...2.5У10-4 М, концентрации титрантов до 510-4 М, во всех случаях предполагалось присутствие угольной кислоты (0.01...1У10-4 М.
k
k
= "(NaOH + HCl) + S(Na2CO3 + HCl) + S(Na2CO3 + AcOH) + £(Et3N+HC1) + "(Et3N + AcOH)
"al = f (Ад,{Л},{Х },{Y }, K
, KAcOH , Kc2, Kw ) '
где {X} - вектор концентраций угольной кислоты, индивидуальных для каждой серии, - вектор концентраций титруемых веществ, {Л} представляет собой
{ д 0 д0 д0 д0 д0 д0 д0 д0
Л° Л° Л° Л°
w , Л HCl, Л NaCl, Л cl, Л
Л° Л° Л° }.
, Л AcOH , Л AcONa, Л EUNH+СГ
лей перед проведением экспериментов. Начальные приближения для л° Л°ж/,Л°№а определялись по данным
независимых экспериментов (прямая кондуктометрия HCl, NaCl, NaOH), для остальных сумм подвижностей - из со-
Минимизацию функции за11 проводили по
всем ее аргументам, при этом изменения параметров были ограничены в пределах ±5 % от концентраций титруемых веществ, рассчитанных по их навескам. Начальные приближения параметров {X} выбирались в диапазоне (0.2...1.0)'10-5 М в зависимости от удельной проводимости смеси растворите-
отношений л0
Л0
1 Ar-,
i °.9Л°
°-9Л" NaCl ' Л ° EtNH+СГ
Л° c ~ ° 9л°
~ \J.yi 1. .,
Л0
: °.9Л
HCl' AcOH ~ HCl '
Начальными при-
ближениями для констант обычно служили значения констант, определенные для водно-органической смеси с большим содержанием воды. Так были рассчитаны параметры для смесей воды с этанолом (таблица 1), ацетоном (таблица 2) и ДМСО (таблица 3).
Таблица 1. Результаты/ совместной обработки 5 серий кондуктометрического титрования (NaOH+HCi/ Na2CO3+HC!/
Массовая доля этанола 0% 16.4% 33.3% 50.0% 66.3% 94.3%
о 6.68-10-4 1.44-10-3 1.67-10-3 2.98-10-3 4.53-10-3 3.98-10-3
Лw 555.5±0.058% 372.4±0.15% 226.9±0.26% 160.7±0.51% 106.35±1.7% 51.58±2.3%
Лиа 429.8±0.26% 280.1±0.054% 169.1±0.073% 121.4±0.12% 84.84±0.25% 48.37±0.46%
ЛNaCl 128.3±0.13% 80.3±0.30% 53.2±0.25% 45.6±0.43% 43.17±0.51% 41.87±0.73%
Лс1 396.8±0.082% 259.5±0.19% 156.2±0.15% 110.7±0.31% 75.72±0.37% 42.32±1.95%
Kc1 3.68-10-7±4.9% 1.71-10-7±18% 9.32-10-8±27% 4.38-10-8±125% 1.99-10-8±25.0% 6.00-10-10±8.9%
Лс2 442.8±0.30% 274.5±1.8% 184.6±0.71% 108.7±8.3% 75.07±24.4% 46.61±6.8%
KK2 8.81-10-11±6.6% 2.09-10-11±17% 1.33-10-11±17% 1.17-10-12±41% 1.60-10-13±130% 5.00-10-14± 19500%
KW 8.77-10-15±1.2% 6.38-10-15±1.2% 1.36-10-15±1.3% 8.95-10-16±2.6% 7.29-10-16±96.4% 2.25-10-17±820%
pKW 14.05 14.20 14.87 15.05 15.14 16.65
KAcOH 1.79-10-5±0.42% 9.50-10-6±0.80% 4.34-10-6±2.1% 2.01-10-6±9.8% 1.01-10-6±67.5% 2.51-10-8±6.5%
ЛAcOH 393.0±0.031% 259.0±0.065% 156.3±0.091% 111.0±0.15% 77.79±0.41% 44.21±0.6%
ЛAcONa 91.4±0.13% 57.5±0.36% 40.4±0.30% 34.9±0.60% 38.44±0.82% 36.60±0.69%
KEt3NH + 1.61-10-11±1.3% 3.90-10-11±1.2% 5.77-10-11±1.2% 2.51-10-10±2.6% 1.05 -10-9±21.1% 7.19-10-9±5.57%
ЛEt3NCl 110.1±0.10% 67.0±0.20% 45.7±0.25% 40.3±0.33% 39.92±0.53% 44.00±0.47%
Aa 1.02±5.1% 1.46±6.3% 0 0 2.63±7.2% 4.67±3.1%
Xmin'10 0.137±16% 0.912±5.1% 1.25±18% 1.47±7.4% 10.8±12.4% 3.95±102%
Xmax'10 0.35±8.4% 1.25±6.7% 2.53±2.1% 3.28±3.0% 16.7±3.1% 9.23±36%
Ymin'104 0.478±0.12% 0.473±0.29% 0.514±0.29% 0.586±0.57% 2.287±0.82% 2.495±1.3%
Ymax'104 1.094±0.10% 1.602±0.31% 1.680±0.54% 1.888±0.71% 3.494±1.3% 3.872±7.1%
Обозначения: Et3N - триэтиламин, AcOH - уксусная кислота. ХтП1 Xmax - максимальная и минимальная псевдоравновесная концентрация угольной кислоты!, Ymin' Ymax - максимальная и минимальная концентрация титруемого вещества (NaOH' Na2CO3 или Et3N), моль/л. Титранты:: HCl или AcOH. Единицы/ измерения Л [Смсм/моль]
Таблица 2. Результаты совместной обработки 5 серий кондуктометрического титрования (Ш0НН+ННС1, Ш2С03+НС1, _ЫаСОз+АсОН, БЬзЫ+на, EtзN+Ac0HH) в 10 %, 30 %, 50 %, 70 % и 90 % (мас.) в водном ацетоне.
Массовая доля ацетона 10.0 % 30.0 % 50.0 % 70.0 % 90.0 %
о 1.47-10"3 8.5740-4 1.3740-3 2.0440-3 2.84-10-3
Aw 450.9±0.32% 291.9±0.23% 183.1±0.57% 129.8±1.2% 30.1±220%
Ahci 348.7±0.057% 236.3±0.036% 163.6±0.061% 114.4±0.16% 121.3±0.38%
ANaCl 105.3±0.23% 78.5±0.13% 68.3±0.17% 70.9±0.30% 120.7±0.40%
Лс1 324.0±0.11% 220.7±0.069% 151.3±0.11% 104.1±0.30% 106.1±0.75%
Kcl 2.2440-7±10% 8.1440-8±19% 1.91-10-8±25% 9.3140-10±3.0% 1.0840-10±6.6%
Лс2 356.9±0.58% 231.6±0.60% 156.1±1.1% 52.2±7.1% 13.5±26%
Kc2 4.9340-11±16% 6.7340-12±8.5% 5.55-10-13±29% 5.4640-14±7.6% 4.7640-15±120%
Kw 5.3240-15±4.0% 1.72-10-15±1.3% 2.3040-16±11% 3.6040-17±7.7% 3.0240-20±58%
pKw 14.27 (+0.46 -0.26) 14.76 (+0.36 -0.23) 15.64 (+0.09 -0.08) 16.44 (±0.01) 19.52 (±0.007)
KacOH 9.56-10"6±0.82% 2.4640-6±3.2% 6.8940-7±29% 7.1640-8±20% 2.14-10-9±1.6%
ЛасОН 321.8±0.070% 218.7±0.048% 151.5±0.087% 105.6±0.22% 108.6±0.51%
ЛAcONa 77.1±0.29% 62.0±0.16% 60.8±0.31% 60.6±0.43% 112.2±0.51%
KEt3NH + 3.0840-11±4.3% 1.1040-1°±1.2% 3.0340-10±9.5% 1.0840-9±2.8% 2.1740-8±1.5%
ЛEt3NCl 91.0±0.22% 69.5±0.11% 63.0±0.15% 70.5±0.25% 124.8±0.35%
Aa 0.89±68% 0.16±34% 2.00±3.5% 1.47±7.2% 13.2±1.2%
Xmin/max'10 3.3±1.4% 4.04±2.4% 5.18±7.1% 2.00±65% 2.00±7.5%
3.7±1.6% 4.89±0.95% 6.24±2.3% 9.65±7.5% 12.8±2.8%
Ymin/max'10 9.804±0.23% 9.263±0.16% 1.65040-5±0.23% 1.323±0.55% 7.857±0.86%
6.252±0.28% 17.58±0.25% 25.75±0.31% 1.992±0.48% 23.15±1.2%
Обозначения: Et3N - триэтиламин, AcOH - уксусная кислота. X'min, Xmax - максимальная и минимальная псевдоравновесная концентрация угольной кислоты, моль/л. Ymin, Ymax - максимальная и минимальная концентрация титруемого вещества (NaOH, Na2CO3 или Et3N), моль/л. Титранты: HCl или AcOH. Единицы измерения Л [Смт^/моль]. Результаты для содержания
ацетона 0 % мас. (воды) см. выше в таблице 1.
Таблица 3. Результаты/ совместной обработки 5 серий кондуктометрического титрования (Ш0Н+НС1, Ш2С03+НС1, _№2С0з+Ас0Н, Е^НО, Е^АсйН) в 10 %, 30 %, 50 %, 70 % (мас.) водном ДМСО.
Массовая доля ДМСО 10.0% 30.0% 50.0% 70.0%
о 1.6040-3 2.0740-3 3.42-10-3 2.40-10-3
Лw 473.7±0.20% 302.4±0.28% 155.6±0.64% 64.8±0.89%
Лнс1 365.9±0.064% 235.9±0.074% 130.2±0.12% 60.2±0.13%
ЛNaCl 106.7±0.29% 70.5±0.31% 41.8±0.67% 26.9±0.41%
Лс1 341.2±0.15% 221.3±0.19% 123.5±0.51% 55.8±0.44%
Kc1 3.3240-7±11% 1.7640-7±32% 1.3140-7±78% 3.3740-8±221%
Лс2 378.5±0.89% 246.8±0.8% 137.0±2.3% 60.7±0.73%
Kc2 4.4140-11±21% 6.7940-12±19% 3.0Ы0-12±163% 1.7740-12±112%
Kw 7.7440-15±2.4% 1.2440-15±1.9% 4.8440-16±3.5% 3.9740-17±21%
PKw 14.11 14.91 15.32 16.40
KacOH 1.3440-5±1.0% 6.0840-6±2.1% 1.64-10-6±6.6% 2.90-10-7±29%
ЛасОН 337.8±0.078% 220.2±0.09% 121.7±0.14% 56.4±0.16%
ЛAcONa 78.6±0.33% 52.9±0.43% 35.7±0.65% 23.9±0.47%
KEt3NH + 2.6840-11±2.4% 2.9740-11±1.8% 1.9440-10±3.5% 1.2840-9±18%
ЛEt3NCl 91.3±0.24% 58.4±0.28% 34.9±0.41% 24.7±0.32%
Aa 4.10±2.7% 3.38±3.6% 1.20±19% 1.11±13%
Xmin'105 1.80±4.4% 0.39±15% 0.32±23% 0.45±4.1%
Xmax'10 2.11±1.9% 3.37±13% 0.85±58% 1.68±30%
Ymin-104 0.548±0.30% 0.757±0.43% 0.597±0.64% 0.783±0.71%
Ymax-104 1.220±0.22% 2.461±0.38% 1.375±0.70% 1.251±0.93%
Обозначения: Et3N - триэтиламин, AcOH - уксусная кислота. XГ, Xmax - максимальная и минимальная псевдоравновесная концентрация угольной кислоты, моль/л. Ymin, Ymax - максимальная и минимальная концентрация титруемого вещества (NaOH, Na2CO3 или Et3N), моль/л. Титранты: HCl или AcOH. Единицы измерения Л [Смт^/моль].
Результаты для содержания ДМСО 0 % мас. (воды) см. выше в таблице 1.
где <Xj> - математическое ожидание Xj. С учетом свойства гауссианы p(±qQ = 1 , можно принять за o(xj)
р(0) 4~e
такое изменение параметра Xj, которое приводит к увеличению суммы квадратов отклонений в = 1.649
раз: (Xj ±ст(Xj ), %j = const) = HmnVe, при этом
остальные аргументы x,. постоянны и соответствуют
' * J
минимальному значению 5 ■ .В таблице значения
' mm ^
Для оценки погрешности полученных параметров o(x) использовали следующий способ. Считали, что после минимизации функции 5all (x, X , ) ее
аргументы представляют собой нормально распределенные случайные величины. При этом для любого аргумента Xj функция _5mn_подобна гаус-
5 all (Xj > Xi* j = COnSt)
сиане в виде K _{}) = 1 ,
(Тл.1 — Ж
ст(Х]) представлены в виде относительных изменений
Xj ±а( Xj)
100%'
Из данных таблицы видно, что к ре-
альной величине погрешности определения искомых параметров полученные значения о(х) не имеет прямого отношения, они отражают чувствительность минимального значения функции 3 й(х,х2,..х ) к изменению ее аргументов.
При обработке Способом 1 экспериментальных данных для смесей этанол-вода и ДМСО-вода получали неадекватные (обычно - завышенные) значения ионного произведения к , что может быть обусловлено не-
достаточно высокой степенью чистоты применяемых растворителей. Поэтому значения к получали по
данным независимых экспериментов титрования трис-гидроксиметиламинометана (ТРИС) и смесей ТРИС+Na2CO3 соляной кислотой. При этом процедура обработки экспериментальных данных проводилась иначе (Способ 2). В случае титрования раствора, содержащего Y моль/л Na2CO3, Z моль/л ТРИС и X моль/л угольной кислоты титрантом - соляной кислотой теоретическую удельную проводимость и (мкСм/см) для Ь той точки в кислой ([н+]>[0Н]) области можно выразить как:
Lt = 1000 ■ \+[H+] + я^., 2Y + яе
где
[H+
Ц = [H+]-
[H+] + Ц [tris] ,
Г Я Kc1[H+] + 2я гКлК'-'
„ K „ HCO- а L J 002" а а
-Z + + Я- C +--i-;-■—;-7-
oh[H+] 0 [H+]2 + Kc1[H+] + KfKf
[tris-H+]
ка2=[H+]
[HCO-]
-(X + Y)
ка1 = [H+]
[нС0 -] При этом единственное зависящее от к сла-
[Н2С03] гаемое ( к г™Т1) минимально и, соответ-
А -;— — А [ОН ]
ОН ^ ОН" 1 J
ственно, наиболее подвержено искажениям из-за неучтенных в математической модели ионных примесей. В щелочной ([Н+]<[0Н-]) области:
Lt = 1000 ■ Я
где
Ц2 = [OH-]
к,
'[OH]
-Я , 2Y + Я
Ц
[OH-] + Ц
rZ + Я _[OH-] + ЯC-
Яа Ц 2[0H-]н
2Я , [OH-]2
[OH-]2 + Ц 2[0H-] + ЦЦ
-(X + Y )
= [0H-][triS-H]'
К = [OH-]
-■.ÍH^l
[tris] [HCO3-]
[HC03-], единственное зависящее от Ц сла-
[С032-] w
гаемое (д
; = Я+[Н+]
) также незначительно по
[он-]
сравнению с остальными. Поэтому в кислой области удельную проводимость выражали как функцию констант кислот ц — /(...,Ковн+,Кс 1,Кс2,К), а в щелочной области - как функцию констант сопряженных оснований II — ((... к1 КС К2 К ). После минимиза-
I »/ V ^ Ь ^ Ь ^ Ь ^ м '
ции суммы квадратов отклонений, зависящей от констант кислот и сопряженных оснований
3 -/({Л},X у, г, к"н,К, к1,к1,к2,КС,к) можно оценить ионное произведение как произведение сопряженных констант (кислотности и основности) ТРИС
ВН+ в
К — К К или как ионное произведение как сопряженных констант угольной кислоты по первой ступени к - Кс1 К1. По Способу 2 были обработаны отдельные опыты титрования ТРИС, Na2CO3 и смесей ТРИС и Na2CO3 соляной кислотой для смесей этанол-вода и ДМСО-вода.
Обсуждение полученных результатов
По характеру сольватации заряженных частиц, прежде всего протона, растворители принято разделять на водоподобные - доноры водородных связей (ДВС) и не являющиеся донорами водородных связей (НДВС). По основности относительно воды последние разделяют на протофильные, основность которых выше, чем у воды и протофобные, для которых она ниже [12, 14]. Принадлежность растворителя к одному из вышеуказанных типов существенно влияет на характер прототропных равновесий изучаемых в них соединений [12, 23]. В связи с этим мы выбрали для тестирования
разработанного ранее нами метода среды, состоящие из воды и органических растворителей, относящихся к различным типам: этанола, как представителя ДВС, ДМСО, как протофильного НДВС и ацетона, как прото-фобного НДВС растворителя.
Протолитические равновесия в выбранных нами водно-органических системах изучались ранее в основном потенциометрическим методом в водном этаноле [24-27], ацетоне [25, 28] и ДМСО [24, 29, 30]. И только в работах [26, 31, 32] применялся кондукто-метрический подход, в сравнении с потенциометриче-ским.
В данной работе определены константы кислотности уксусной кислоты, ТРИС, триэтиламина, угольной кислоты в водном этаноле с массовым содержанием растворителя 16.4, 33.3, 50, 66.3 и 94.3 мас %, в водном ацетоне с массовым содержанием растворителя 10, 30, 50, 70, 90 мас % и в водном ДМСО с массовым содержанием растворителя 10, 30, 50, 70 мас %. А также константы кислотности двух БАС: глицина и ацикловира в 50 мас % водном этаноле. Результаты представлены в таблицах 1-5. Как видно из таблиц, для параметров Л0 разброс часто не превышает 0.1 %, а для констант к К, „„ К - едини-
ЕцЖ + ' АсОН? ^
цы процентов. С другой стороны, оказалось что при относительно малых (50 % и меньше) содержаниях ацетона в водно-органической смеси функция 3а11 (х, х ,-Х) мало чувствительна к пропорциональным изменениям к и констант сопряженных кислот
оснований средней силы К
Et3NH *
Значения
ст(рК), рассчитанного таким образом, приведены в
таблице 2, они составляют уже десятки процентов (например +0.46 лог. ед. для 10 % ацетона) и их можно отнести также к константам к
и Ц „. Фактиче-
c 2
ски это означает, что значения констант к , К
X
B
и
К очень
с2
незначительно влияют на значение
Еа11 (х, х ,-Х), следовательно и на остальные получаемые в результате обработки экспериментальных данных величины.
Для сравнения полученных результатов с литературными данными выбран наиболее изученный объект - уксусная кислота. На рис. 1-3 представлены результаты сравнения значений рКа для уксусной кислоты в исследованных системах с литературными данными. Поскольку составы смесей, в которых данные получены нами и в литературе практически полностью отличаются, мы сочли более наглядным представить их графически, нежели в таблице с вынужденной интерполяцией к одному составу смеси. В случае отличия способа выражения состава смеси графики представлены в единицах измерения, использованных в литературе.
40 50 60 70 \л/ %, этанол
Рис. 1. Значения константы/ кислотности уксусной кислоты/ в водном этаноле; ш - массовая доля этанола, %; 1 - данная работа, 2 - работа [24], 3 - работа [25], 4 - работа [26]
30 40 50 60 \д/ %, ацетон
Рис. 2. Значения константы/ кислотности уксусной кислоты/ в водном ацетоне; ш - массовая доля ацетона, %; 1 - данная работа, 2 - работа [25]
ДМСО
Рис. 3. Значения константы/ кислотности уксусной кислоты/ в водном ДМСО; х - мольная доля ДМСО;
1 - данная работа, 2 - работа [30].
Как видно из графиков, полученные экспериментальные значения хорошо согласуются с литературными данными, при концентрации органического растворителя до 50 мас.% для водного ацетона [25] и этанола [24-26]. Для водного ДМСО в литературе почти отсутствуют данные о рКа уксусной кислоты в смесях тех составов, при которых они определены в данной работе. Однако можно сказать, что тенденция изменения этих значений при изменении содержания ДМСО согласуется. При более высоком содержании этанола и ацетона наблюдается систематическое расхождение наших экспериментальных данных с литературными данными (наши значения занижены), что связано с особенностями численных методов решения систем уравнений и вырождением кондуктограмм при высоком содержании этанола. Для пояснения этой проблемы, возникающей при обработке результатов, приведем следующие соображения.
В прямой кондуктометрии в воде электропроводность растворов определяется в основном ионами лиония или лиата, так как их подвижность существенно выше подвижностей других ионов. При кондукто-метрическом титровании существенный вклад вносят также катионы и анионы, привносимые с титрантами. В водно-органических средах при повышении содержания органического компонента снижается различие в подвижности лионий- и лиат-ионов относительно других ионов. Также снижаются их концентрации вследствие снижения констант кислотности. При этом соли диссоциированы практически полностью и поэтому электропроводность определяется преимущественно катионами и анионами солей, концентрации которых прямо связаны с концентрацией титранта. Это приводит к вырождению (снижению чувствительности) кон-дуктограмм относительно рКа изучаемых кислот. Поэтому определение последних методом кондуктомет-рического титрования в неводных и водно-органических средах с высоким содержанием органического компонента для слабых кислот становится затруднительным, а получаемые значения малодостоверными. В нашем случае, это наблюдается для водного этанола и в меньшей степени для ацетона и ДМСО.
На рис. 4 графически представлено сравнение полученных значений предельных проводимостей с литературными данными для уксусной кислоты и ацетата натрия. Поскольку основная задача метода -определение констант кислотности, то данные величины, по сути, являются дополнительными степенями свободы, присутствующими в математической модели.
Однако, их можно использовать для самопроверки адекватности результатов при наличии литературных данных. В первом случае (рис. 4а) тенденции изменения значений ЛАс0Н в зависимости от состава полученных в данной работе и в литературе полностью согласуются. Сами значения различаются не более, чем на 15 См-см2/моль (9 %). Для ацетата натрия (рис. 4б) полученная в данной работе зависимость ЛАс0№ от состава растворителя не является монотонной. При этом до массовой доли 20 % этанола она практически совпадает с литературными данными. В области 60-80 % этанола значения различаются не более, чем на 2.5 Смтм2/моль (7 %). То есть, полученные данные хотя и недостаточно хорошо согласуются с литературными, но и не противоречат им, что свидетельствует об адекватности других полученных значений, в частности констант кислотности.
наоборот [21, 33, 34], в работах [35, 36] применен иной способ. В литературе определены ионные произведения К для смесей воды с этанолом [25, 35, 37-39], ДМСО [29, 40] и ацетоном [25] различного состава.
0 10 20 30 40 50 60 70 VI/ % мае. ЕЮН б
Рис. 4. Предельные ионные проводимости уксусной кислоты/ ЛАс0Н (а) и ацетата натрия ЛАс0а См-с^/моль (б) в водном этаноле в зависимости от состава; ш - массовая доля этанола, %; 1 - данная работа, 2 - работа [26]
В использованные расчетные уравнения, как и предыдущем исследовании [19], входит величина ионного произведения растворителя рК Но в данном случае не всегда можно было воспользоваться справочным или литературным значением этой величины. Поэтому при обработке экспериментальных данных эту величину считали неизвестной и определяли двумя различными способами: либо одновременно при обработке экспериментальный серии (Способ 1), либо при обработке кондуктометрического титрования соединения с рКа близким к рК3/2 эксперимента сильной кислотой (Способ 2, см. процедура обработки экспериментальных данных). Обычно рК определяются потен-циометрически из эксперимента по титрованию сильного основания сильной в данной среде кислотой или
40 50 60 70 \и %, ЕЮН
Рис. 5. Ионные произведения водного этанола в зависимости от состава; 1 - данная работа, Способ 1, 2 - данная работа, схема титрования №2С03+ТРИС+НСI, Способ 2
(К = КВН^КЬВ), 3 - работа [25], 4 - работа [35]; ш - массовая
доля этанола, %.
ацетон
Рис. 6. Ионные произведения водного ацетона в зависимости от состава; 1 = данная работа, 2 - работа [25]; ш - массовая доля ацетона, %.
30 40 50 м % ОМБО
Рис. 7. Ионные произведения водного ДМСО в зависимости от
состава. 1 - Работа [29], 2 - данная работа, Способ 1, 3 -данная работа, схема титрования №2С03+ТРИС+НС(, Способ 2
(Кп = К™ КВ), 4 - данная работа, схема титрования таже,
Способ 2 (Кп = К* К;1), ш - массовая доля ДМСО, %.
На рисунках 5-7 представлены значения рК полученные в данной работе по Способу 1, для исследованных систем: водный этанол (рис. 5), водный ацетон (рис. 6), соответственно, в сравнении с литературными данными [25, 29, 35]. Для водного этанола и
ДМСО представлены также результаты расчетов по Способу 2.
Как видно из графиков, в водном ацетоне и этаноле полученные экспериментальные значения расходятся с литературными данными не системно и не более, чем на 0.2 лог. ед, тогда как в водном ДМСО все полученные нами по Способу 1 значения ниже литературных на 0.05 - 0.3 лог.ед. Видно, что значения, полученные по Способу 2 несколько лучше согласуются с литературными данными. Это является аргументом в пользу предварительного определения значений рК в ходе отдельного эксперимента (по Способу 2) с последующим использованием их как фиксированных значений прежде проведения серий для определения остальных параметров при использовании предложенного метода.
При обработке экспериментальных данных для амфолитов использовали константы кислотности (рК и рК2) только угольной кислоты, определенные в предыдущих экспериментах, суммарные Лс1 и Лс2 ионов угольной кислоты, а также других ионов Лна и Л№а, причём считали их известными. В таблице 4 представлены результаты обработки экспериментальных данных кондуктометрического титрования щелочных растворов глицина и ацикловира соляной кислотой в воде и двух водно-органических средах.
Таблица 4. Результаты обработки кондуктометрического титрования глицина (Нв!у) и ацикловира (НАсу) в 50%, (масс.) _водном этаноле.
Параметры Вода 50 % ДМСО 50 % этанол
Глицин
о 6.72-10-4 1.38-10-3 1.95-10-3
X 4.27-10-6 7.09-10-6 1.25-10-5
Z 4.43-10-5 4.16-10-5 4.42-10-5
Л ( H2Gly+Cl-) 84.8 38.5 44
pAa± 2.47 3.51 3.28
Л ( HGly) 392.4 120.4 106.3
p*a? 9.71 9.35 9.81 рК lit 3.03, 9.41 [27] рК lit 2.90, 9.35 [39]
Ацикловир
о 5.68-10-4 2.55-10-3 2.50-10-3
X 2.10-10-6 5.19-10-6 1.11-10-5
Z 3.83-10-5 3.74-10-5 3.69-10-5
Л ( H?Acy+Cl-) 120 38.5 36.8
¡¿¡р p 2.49 3.01 2.95
Л ( HAcy) 355 115.1 99.7
pKa2 9.52 9.45 10.41
Примечание: сравнение с литературными данными. X - псевдоравновесная концентрация угольной кислоты, моль/л. Y -концентрация титруемых амфолитов (HGly или HAcy), моль/л, единицы измерения Л [См^ см?/моль], Z - концентрация NaOH, моль/л. Титрант: HCl.
Как видно из данных таблицы 4, полученные экспериментально в данной работе значения обеих констант кислотности глицина выше значений соответствующих констант, приведенных в литературе [27, 39]. Для ацикловира мы не обнаружили в литературе достоверных значений рКа, поэтому результаты для него приведены как новые справочные значения, подлежащие в перспективе проверке традиционными методами. Тем не менее, полученные в сериях экспери-
ментов значения кислотности и суммарных предельных проводимостей использованных веществ (угольной кислоты, уксусной кислоты, триэтиламина и ТРИС) в 15 изученных водно-органических смесях позволяют применять предложенный метод для определения рКа других объектов в данных средах, считая перечисленные параметры титрантов известными. Это позволит сильно упростить математическую модель и, соответственно, обработку экспериментальных данных в рамках данного метода.
Известно, что растворимость СО2 в органических растворителях выше, чем в воде [41, 42], что создает дополнительные трудности при исследовании протолитических равновесий в органических растворителях и их смесях с водой [43]. Однако применение предложенной нами ранее методики обработки данных и техники проведения эксперимента позволили нам избежать негативного влияния данной особенности водно-органических систем на результаты измерений. Рассчитанные в ходе обработки данных значения позволили оценить остаточную псевдоравновесную концентрацию СО2 в исследуемых растворах. Как видно из таблиц 1-3, она не превышала 1.3-10-4 М в растворах, содержащих до 90% органического компонента (максимальна в 90% ном ацетоне).
В ходе данного исследования продемонстрирована возможность применения разработанного ранее [19] метода обработки кондуктограмм титрования растворов слабых электролитов низкой концентрации (менее 210-4 моль/л) для определения констант кислотности в водно-органических смесях (содержание органического растворителя до 90 % мас), а также для одновременного определения констант автопротолиза данных смесевых растворителей. Также показана эффективность предложенных экспериментальных приемов для получения достоверных данных и снижения влияния побочных процессов и эффектов на них в большинстве изученных систем. Показано, что применение предложенного метода для сред с содержанием органического компонента более 50% (масс.) связано с методологическими трудностями, что приводит к снижению достоверности результатов. Полученные в данной работе значения констант кислотности и суммарных предельных проводимостей использованных веществ (уксусная кислота, триэтиламин, ТРИС) и угольной кислоты в выбранных водно-органических смесях позволяют упростить применение метода для определения рКа других объектов в данных средах за счет исключения «калибровочных» измерений
Экспериментальная часть
Экспериментальная установка для регистрации кондуктограмм титрования, методика проведения титрования и приготовления растворов описана ранее [19].
ДМСО квалификации «хч» очищали вымораживанием: в воздушном термостате при 15-16°С дожидались кристаллизации 60-70% растворителя, затем удаляли жидкую фазу, процедуру вымораживания повторяли три раза. Титрование водных смесей образцов ДМСО (30%) после очистки вымораживанием раствором гидроксида натрия показало наличие следов сильной (вероятно - серной) кислоты в количестве нескольких миллионных долей. Поэтому смеси ДМСО с водой дополнительно очищали с помощью ионообменных смол, применяемых для деионизации воды: к 1 л
смеси добавляли по несколько грамм катионита (КУ-2-8 чс) и анионита (АВ-17-8 чс) (предварительно несколько раз промытых той же смесью для удаления избытка воды) и перемешивали в течение 12 ч.
Ацетон квалификации «осч» и этанол квалификации «чда» очищали ректификацией, чистоту контролировали по спектрам поглощения и по удельной проводимости смесей ацетон-вода (не более 0.25 мкСм/см для 50% ацетона) и этанол - вода (не более
0.3.мкСм/см для 50% этанола). Для последних применяли дополнительную очистку с помощью ионообменных смол, как описано выше.
Литература
1. Babic S., Horvat A.J.M., Mutavdzic-Pavlovic D, Kastelan-Macan M. Determination of pKa values of active pharmaceutical ingredients // Trends in Analytical Chemistry. 2007. Vol. 26. N. 11. P. 1043-1061. doi 10.1016/j.trac.2007.09.004
2. Avdeef A., Fuguet E, Linnas A., Rafols C, Bosch E, Voigyi G, Verbic T, Boddyreva E, Takacs-Novak K. Equilibrium solubility measurement of ionizable drugs -consensus recommendations for improving data quality // ADMET & DMPK. 2016. Vol. 4. N. 2. P. 117-178. doi 10.5599/admet.4.2.292
3. Wan H, Ulander J. High-throughput pKa screening and prediction amenable for ADME profiling // Expert Opinion On Drug Metabolism & Toxicology. 2006. Vol. 2. N. 1. P. 139-155. doi 10.1517/17425255.2.1.139
4. Зайчиков А.М., Крестьянинов М.А. Структурно-термодинамические характеристики и межмолекулярные взаимодействия в водных растворах гексаметилфосфортриамида // Журн. структ. хим. 2009. Т. 50. №.4. C. 676-684.
5. Безкровная О.Н., Мчедлов-Петросян И.О., Водолазкая Н.А., Литвин П.М. pH-Сенсорные материалы на основе полимерных наноразмерных пленок // Доповщ НАН УкраТни. 2008. №.7. C. 130135.
6. Popovic M.R., Popovic G.V., Agbaba D.D. The Effects of Anionic, Cationic, and Nonionic Surfactants on Acid-Base Equilibria of ACE Inhibitors // Journal of Chemical & Engineering Data. 2013. Vol. 58. N. 9. P. 2567-2573. doi 10.1021/je400397p
7. Mchedlov-Petrossyan N.O., Kamneva N.N. Reverse Microemulsions Based on Cationic Surfactants: Peculiarity of Protolytic Reactions // Cationic Surfactants: Properties, Uses and Toxicity - Nova Sci. Publ.: 2016. P. 123-164.
8. Водолазкая Н.А., Мчедлов-Петросян Н.О. Кислотно-основные равновесия индикаторных красителей в организованных растворах. Харьков: Изд. Харьковского национального университета им. В. Н. Каразина. 2014. 460 с.
9. Clear K.J, Virga K., Gray L, Smith B.D. Using membrane composition to fine-tune the pKa of an optical liposome pH sensor // Journal of Materials Chemistry C.
2016. Vol. 4. N. 14. P. 2925-2930. doi 10.1039/C5TC03480A
10. Kharchenko A.Y., Moskaeva O.G., Klochaniuk O.R, Marfunin M.O, Mchedlov-Petrossyan N.O. Effect of poly (sodium 4-styrenesulfonate) on the ionization constants of acid-base indicator dyes in aqueous solutions // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects.
2017. Vol. 527. P. 132-144. doi 10.1016/j.colsurfa.2017.05.030
11. Cheipesh T.A, Zagorulko ES, McHedlov-Petrossyan N.O, Rodik R.V., Kalchenko V.I. The difference between
the aggregates of short-tailed and long-tailed cationic calix[4]arene in water as detected using fluorescein dyes // Journal of Molecular Liquids. 2014. Vol. 193. N. 0. P. 232-238. doi 10.1016/j.molliq.2013.12.049
12. Reichardt C, We/ton T. Solvents and Solvent Effects in Organic Chemistry. Weinheim: Wiey-VCH. 2011. 692 p.
13. Kaffus K, Fried! Z, Exner O. Electrostatic effects on ionization equilibria: solvent dependence // Coll. Czech. Chem. Commun. 1984. Vol. 49. N. 1. P. 179-189. doi 10.1135/cccc19840179
14. Мчедлов-Петросян Н.О. Дифференцирование силы органических кислот в истинных и организованных растворах. Харьков: Изд-во ХНУ. 2004. 326 с.
15. Avdeef B, Testa G. Physicochemical profiling in drug research: a brief survey of the state-of-the-art of experimental techniques // Cell. Mol. Life Sci. 2002. Vol. 59. N. 19. P. 1681-1689. doi 10.1007/PL00012496
16. Shengshuang Z, Brown M.F., Feller S.E. Retinal Conformation Governs pKa of Protonated Schiff Base in Rhodopsin Activation // Journal of the American Chemical Society. 2013. Vol. 135. N. 25. P. 9391-9398. doi 10.1021/ja4002986
17. Meioun M, Bordovska S, Galla L The thermodynamic dissociation constants of four non-steroidal antiinflammatory drugs by the least-squares nonlinear regression of multiwavelength spectrophotometry pH-titration data // Journal Of Pharmaceutical And Biomedical Analysis. 2007. Vol. 45. N. 4. P. 552-564. doi 10.1016/j.jpba.2007.07.029
18. Morgan M.E, Lui K, Anderson B.D. Microscale titrimetric and spectrophotometry methods for determination of ionization constants and partition coefficients of new drug candidates // Journal of Pharmaceutical Sciences. 1998. Vol. 87. N. 2. P. 238-245. doi 10.1021/js970057s
19. Селитреников А.В, Зевацкий Ю.Э. Исследование кислотно-основных свойств слабых электролитов кондуктометрическим титрованием // Журнал общей химии. 2015. Vol. 85. N. 1. P. 9-16.
20. Зевацкий Ю.Э., Селитренников А.В. Кондуктометрия растворов очень слабых электролитов и двухосновных кислот // Журнал общей химии. 2013. Т. 83. №.5. C. 745-753.
21. Александров В.В. Кислотность неводных растворов. Харьков: Высшая школа. 1981. 152 с.
22. Fan J., Shen X., Wang J. Dissociation constants of methyl orange in aqueous alcohol solvents // Anal. Chim. Acta. 1998. Vol. 364. N. 1-3. P. 275-280. doi 10.1016/S0003-2670(98)00039-7
23. Cox B.G. Acids and Bases. Solvent Effects on Acid-
Base Strength. Oxford: Oxford University Press. 2013. 160 p.
24. Mollnn J, Paveiek Z, Navrati/ova J., Recmanova A. Effect of medium on dissociation of carboxylic acids // Coll. Czech. Chem. Comm. 1985. Vol. 50. P. 2670-2678. doi 10.1135/cccc19852670
25. Panichajakul C.C., Woolley E.M. Potentiometric method for determination of acid ionization constants in aqueous organic mixtures // Anal. Chem. 1975. Vol. 47. N. 11. P. 1860-1863. doi 10.1021/ac60361a005
26. Spivey H.O, Shedlovsky T. Studies of electrolytic conductance in alcohol-water mixtures. II. The ionization constant of acetic acid in ethanol-water mixtures at 0, 25, and 35 °C // J. Phys. Chem. 1967. Vol. 71. N. 7. P. 21712175. doi 10.1021/j100866a031
27. Niazi M.S.K., Mollin J. Dissociation Constants of Some Amino Acid and Pyridinecarboxylic Acids in Ethanol-H2O
Mixtures // Bull. Chem. Soc. Jpn. 1987. Vol. 60. N. 7. P. 2605-2610. doi 10.1246/bcsj.60.2605
28. Rao K.S., Lederer F About the pKa of the active-site histidine in flavocytochrome b2 (yeast L-lactate dehydrogenase) // Protein Science: A Publication Of The Protein Society. 1998. Vol. 7. N. 7. P. 1531-1537. doi 10.1002/pro.5560070706
29. Das A.K, Kundu K.K. Autoprotolysis constants of water + dimethyl sulphoxide mixtures at 25 °C and the related free energies of transfer of OH- // J. Chem. Soc., Faraday Trans. I. 1973. Vol. 69. N. 0. P. 730-735. doi 10.1039/F19736900730
30. Mukerjee P., Ostrow J.D. Effects of added dimethylsulfoxide on pKa values of uncharged organic acids and pH values of aqueous buffers // Tetrahedron Lett. 1998. Vol. 39. N. 5-6. P. 423-426. doi 10.1016/S0040-4039(97)10537-8
31. Pal A., Maity S.K., Lahiri S.C. Conductometric Studies on the Dissociation of Monochloroacetic Acid in Ethanol + Water Mixtures // Indian J. Chem. 1985. Vol. 24A. N. 8. P. 688-690.
32. Niazi M.S.K., Khan M.Z.I. Thermodynamic dissociation constants of salicylic and monochloroacetic acids in mixed solvent systems from conductance measurements at 25°C // J. Solution Chem. 1993. Vol. 22. N. 5. P. 437-456. doi 10.1007/BF00647681
33. Muinasmaa U, Rafols C,, Bosch E, Roses M. Ionic equilibria in aqueous organic solvent mixtures the dissociation constants of acids and salts in tetrahydrofuran/water mixtures // Anal. Chim. Acta. 1997. Vol. 340. N. 1-3. P. 133-141. doi 10.1016/S0003-2670(96)00516-8
34. Woolley E, Tomkins J., Hepler L. Ionization constants for very weak organic acids in aqueous solution and apparent ionization constants for water in aqueous organic mixtures // Journal of Solution Chemistry. 1972. Vol. 1. N. 4. P. 341-351. doi 10.1007/BF00715992
35. Gutbezahl B,, Grunwald E The Acidity and Basicity Scale in the System Ethanol—Water. The Evaluation of Degenerate Activity Coefficients for Single Ions // J. Am. Chem. Soc. 1953. Vol. 75. N. 3. P. 565-574. doi 10.1021/ja01099a015
36. Farajtabar A., Gharib F Autoprotolysis constants determination of water-methanol mixtures and solvent effect // Journal of Taibah University for Science. 2009. Vol. 2. P. 7-13. doi 10.1016/S1658-3655(12)60002-8
37. Karaskova E, Mollin J. Calculation of alkoxide and hydroxide ion activity ratios in the water-ethanol system // Chem. Papers. 1993. Vol. 47. N. 3. P. 156-159.
38. Dogan A. Potentiometric Studies on the Protonation Constants and Solvation of Some alpha-Amino Acid Benzyl- and t-Butyl- Esters in Ethanol-Water Mixtures // Turk. J. Chem. 2005. Vol. 29. N. 1. P. 41-47.
39. Dogan A., Koseoglu F, Kilig E Studies on the macroscopic protonation constants of some a-amino acids in ethanol-water mixtures // Analytical Biochemistry 2002. Vol. 309. N. 1. P. 75-78. doi 10.1016/S0003-2697(02)00254-3
40. Georgieva M, Velinov G,, Budevsky O. Acid—base equilibria in the mixed solvent 80% dimethyl sulfoxide— 20% water : Part I. definition of pH scale and determination of pK values of aliphatic monocarboxylic acids // Anal. Chim. Acta. 1977. Vol. 90. P. 83-89. doi 10.1016/S0003-2670(01)82296-0
41. Tokunaga J. Solubilities of Oxygen, Nitrogen, and Carbon Dioxide in Aqueous Alcohol Solutions // J. Chem Eng.
Data. 1975. Vol. 20. N. 1. P. 41-46. doi 10.1021/je60064a025.
42. Battino R, Clever H.L. The Solubility of Gases in Liquids // Chemical Reviews. 1966. Vol. 66. N. 4. P. 395463.
43. Зевацкий ЮЭ, Самойлов Д.В., Мчедлов-Петросян И.О. Современные методы экспериментального определения констант диссоциации органических кислот в растворах // Журн. общ. хим. 2009. Т. 79. №.9. C. 1504-1532.
References
1. Babcc S, Horvat A.J.M, Mutavdzic-Pavlovic D, Kastelan-Macan M. Determination of pKa values of active pharmaceutical ingredients // Trends in Analytical Chemistry. 2007. Vol. 26. N. 11. P. 1043-1061. doi 10.1016/j.trac.2007.09.004
2. Avdeef A., Fuguet E, Llinas A., Rafols C,, Bosch E, Volgyi G,, Verbic T, Boldyreva E,, Takacs-Novak K. Equilibrium solubility measurement of ionizable drugs -consensus recommendations for improving data quality // ADMET & DMPK. 2016. Vol. 4. N. 2. P. 117-178. doi 10.5599/admet.4.2.292
3. Wan H, Ulander J. High-throughput pKa screening and prediction amenable for ADME profiling // Expert Opinion On Drug Metabolism & Toxicology. 2006. Vol. 2. N. 1. P. 139-155. doi 10.1517/17425255.2.1.139
4. Zajchikov A.M., Krest'yaninov M.A. Strukturno-termodinamicheskie harakteristiki i mezhmolekulyarnye vzaimodejstviya v vodnyh rastvorah geksametilfosfortriamida // ZHurn. strukt. him. 2009. T. 50. №.4. C. 676-684.
5. Bezkrovnaya O.N., Mchedlov-Petrosyan N.O, Vodolazkaya N.A, Lttvin P.M. pH-Sensornye materialy na osnove polimernyh nanorazmernyh plenok // Dopovidi NAN Ukra'ini. 2008. №.7. C. 130-135.
6. Popovic M.R., Popovic G.V., Agbaba D.D. The Effects of Anionic, Cationic, and Nonionic Surfactants on Acid-Base Equilibria of ACE Inhibitors // Journal of Chemical & Engineering Data. 2013. Vol. 58. N. 9. P. 2567-2573. doi 10.1021/je400397p
7. Mchedlov-Petrossyan N.O, Kamneva N.N. Reverse Microemulsions Based on Cationic Surfactants: Peculiarity of Protolytic Reactions // Cationic Surfactants: Properties, Uses and Toxicity - Nova Sci. Publ.: 2016. P. 123-164.
8. Vodolazkaya N.A, Mchedlov-Petrosyan N.O. Kislotno-osnovnye ravnovesiya indikatornyh krasitelej v organizovannyh rastvorah. Har'kov: Izd. Har'kovskogo nacional'nogo universiteta im. V. N. Karazina. 2014. 460 s.
9. Clear K.J, Virga K, Gray L, Smtth B.D. Using membrane composition to fine-tune the pKa of an optical liposome pH sensor // Journal of Materials Chemistry C.
2016. Vol. 4. N. 14. P. 2925-2930. doi 10.1039/C5TC03480A
10. Kharchenko A.Y., Moskaeva O.G, Klochaniuk O.R, Marfunin M.O, Mchedlov-Petrossyan N.O. Effect of poly (sodium 4-styrenesulfonate) on the ionization constants of acid-base indicator dyes in aqueous solutions // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects.
2017. Vol. 527. P. 132-144. doi 10.1016/j.colsurfa.2017.05.030
11. Cheipesh T.A, Zagorulko E.S, McHedlov-Petrossyan N.O, Rodik R.V., Kalchenko V.I. The difference between the aggregates of short-tailed and long-tailed cationic calix[4]arene in water as detected using fluorescein dyes
// Journal of Molecular Liquids. 2014. Vol. 193. N. 0. P. 232-238. doi 10.1016/j.molliq.2013.12.049
12. Recchardt C, Wetton T. Solvents and Solvent Effects in Organic Chemistry. Weinheim: Wiey-VCH. 2011. 692 p.
13. Kaffus K, Fried! Z, Exner O. Electrostatic effects on ionization equilibria: solvent dependence // Coll. Czech. Chem. Commun. 1984. Vol. 49. N. 1. P. 179-189. doi 10.1135/cccc19840179
14. Mchedlov-Petrosyan N.O. Differencirovanie sily organicheskih kislot v istinnyh i organizovannyh rastvorah. Har'kov: Izd-vo HNU. 2004. 326 s.
15. Avdeef B, Testa G. Physicochemical profiling in drug research: a brief survey of the state-of-the-art of experimental techniques // Cell. Mol. Life Sci. 2002. Vol. 59. N. 19. P. 1681-1689. doi 10.1007/PL00012496
16. Shengshuang Z, Brown M.F., Feller S.E. Retinal Conformation Governs pKa of Protonated Schiff Base in Rhodopsin Activation // Journal of the American Chemical Society. 2013. Vol. 135. N. 25. P. 9391-9398. doi 10.1021/ja4002986
17. Meioun M, Bordovska S, Galla L The thermodynamic dissociation constants of four non-steroidal anti-inflammatory drugs by the least-squares nonlinear regression of multiwavelength spectrophotometric pH-titration data // Journal Of Pharmaceutical And Biomedical Analysis. 2007. Vol. 45. N. 4. P. 552-564. doi 10.1016/j.jpba.2007.07.029
18. Morgan M.E., Lui K., Anderson B.D. Microscale titrimetric and spectrophotometric methods for determination of ionization constants and partition coefficients of new drug candidates // Journal of Pharmaceutical Sciences. 1998. Vol. 87. N. 2. P. 238-245. doi 10.1021/js970057s
19. SeiitrenikovA.V., Zevackij YU.E. Issledovanie kislotno-osnovnyh svojstv slabyh elektrolitov konduktometricheskim titrovaniem // ZHurn. obshch. himii. 2015. Vol. 85. N. 1. P. 9-16.
20. Zevackij YU.E, Selitrennikov A. V. Konduktometriya rastvorov ochen' slabyh elektrolitov i dvuhosnovnyh kislot // ZHurnal obshchej himii. 2013. T. 83. №.5. C. 745-753.
21. Aieksandrov VV Kislotnost' nevodnyh rastvorov. Har'kov: Vysshaya shkola. 1981. 152 s.
22. Fan J., Shen X., Wang J. Dissociation constants of methyl orange in aqueous alcohol solvents // Anal. Chim. Acta. 1998. Vol. 364. N. 1-3. P. 275-280. doi 10.1016/S0003-2670(98)00039-7
23. Cox B.G. Acids and Bases. Solvent Effects on Acid-Base Strength. Oxford: Oxford University Press. 2013. 160 p.
24. Mollin J, Paveiek Z, Navratiiova J., Recmanova A. Effect of medium on dissociation of carboxylic acids // Coll. Czech. Chem. Comm. 1985. Vol. 50. P. 2670-2678. doi 10.1135/cccc19852670
25. Panichajakul C.C., Woolley E.M. Potentiometric method for determination of acid ionization constants in aqueous organic mixtures // Anal. Chem. 1975. Vol. 47. N. 11. P. 1860-1863. doi 10.1021/ac60361a005
26. Spivey H.O, Shedlovsky T Studies of electrolytic conductance in alcohol-water mixtures. II. The ionization constant of acetic acid in ethanol-water mixtures at 0, 25, and 35 °C // J. Phys. Chem. 1967. Vol. 71. N. 7. P. 21712175. doi 10.1021/j100866a031
27. Niazi M.S.K., Mollin J. Dissociation Constants of Some Amino Acid and Pyridinecarboxylic Acids in Ethanol-H2O Mixtures // Bull. Chem. Soc. Jpn. 1987. Vol. 60. N. 7. P. 2605-2610. doi 10.1246/bcsj.60.2605
28. Rao K.S., Lederer F About the pKa of the active-site histidine in flavocytochrome b2 (yeast L-lactate dehydrogenase) // Protein Science: A Publication Of The Protein Society. 1998. Vol. 7. N. 7. P. 1531-1537. doi 10.1002/pro.5560070706
29. Das A.K., Kundu K.K. Autoprotolysis constants of water + dimethyl sulphoxide mixtures at 25 °C and the related free energies of transfer of OH- // J. Chem. Soc., Faraday Trans. I. 1973. Vol. 69. N. 0. P. 730-735. doi 10.1039/F19736900730
30. Mukerjee P., Ostrow J.D. Effects of added dimethylsulfoxide on pKa values of uncharged organic acids and pH values of aqueous buffers // Tetrahedron Lett. 1998. Vol. 39. N. 5-6. P. 423-426. doi 10.1016/S0040-4039(97)10537-8
31. Pal A, Maity S.K, Lahiri S.C. Conductometric Studies on the Dissociation of Monochloroacetic Acid in Ethanol + Water Mixtures // Indian J. Chem. 1985. Vol. 24A. N. 8. P. 688-690.
32. Niazi M.S.K., Khan M.Z.I. Thermodynamic dissociation constants of salicylic and monochloroacetic acids in mixed solvent systems from conductance measurements at 25°C // J. Solution Chem. 1993. Vol. 22. N. 5. P. 437-456. doi 10.1007/BF00647681
33. Muinasmaa U, Rafols C, Bosch E, Roses M. Ionic equilibria in aqueous organic solvent mixtures the dissociation constants of acids and salts in tetrahydrofuran/water mixtures // Anal. Chim. Acta. 1997. Vol. 340. N. 1-3. P. 133-141. doi 10.1016/S0003-2670(96)00516-8
34. Woolley E, Tomkins J., Hepler L. Ionization constants for very weak organic acids in aqueous solution and apparent ionization constants for water in aqueous organic mixtures // Journal of Solution Chemistry. 1972. Vol. 1. N. 4. P. 341-351. doi 10.1007/BF00715992
35. Gutbezahl B, Grunwald E. The Acidity and Basicity Scale in the System Ethanol—Water. The Evaluation of Degenerate Activity Coefficients for Single Ions // J. Am. Chem. Soc. 1953. Vol. 75. N. 3. P. 565-574. doi 10.1021/ja01099a015
36. Farajtabar A., Gharib F. Autoprotolysis constants determination of water-methanol mixtures and solvent effect // Journal of Taibah University for Science. 2009. Vol. 2. P. 7-13. doi 10.1016/S1658-3655(12)60002-8
37. Karaskova E, Mollin J. Calculation of alkoxide and hydroxide ion activity ratios in the water-ethanol system // Chem. Papers. 1993. Vol. 47. N. 3. P. 156-159.
38. Dogan A. Potentiometric Studies on the Protonation Constants and Solvation of Some alpha-Amino Acid Benzyl- and t-Butyl- Esters in Ethanol-Water Mixtures // Turk. J. Chem. 2005. Vol. 29. N. 1. P. 41-47.
39. Dogan A., Koseogiu F, Kihg E Studies on the macroscopic protonation constants of some a-amino acids in ethanol-water mixtures // Analytical Biochemistry 2002. Vol. 309. N. 1. P. 75-78. doi 10.1016/S0003-2697(02)00254-3
40. Georgieva M, Velinov G, Budevsky O. Acid—base equilibria in the mixed solvent 80% dimethyl sulfoxide— 20% water : Part I. definition of pH scale and determination of pK values of aliphatic monocarboxylic acids // Anal. Chim. Acta. 1977. Vol. 90. P. 83-89. doi 10.1016/S0003-2670(01)82296-0
41. Tokunaga J. Solubilities of Oxygen, Nitrogen, and Carbon Dioxide in Aqueous Alcohol Solutions // J. Chem Eng. Data. 1975. Vol. 20. N. 1. P. 41-46. doi 10.1021/je60064a025.
42. Battino R, Clever H.L. The Solubility of Gases in Liquids // Chemical Reviews. 1966. Vol. 66. N. 4. P. 395463.
43. Zevackij YU.E., Samojlov D.V, Mchedlov-Petrosyan N.O. Sovremennye metody eksperimental'nogo
opredeleniya konstant dissociacii organicheskih kislot v rastvorah // ZHurn. obshch. him. 2009. T. 79. №.9. C. 1504-1532.
Сведения об авторах:
Селитреников Алексей Васильевич, канд. хим. наук, вед. науч. сотр. Alexei V. Selitrenikov, Ph.D. (Chem.), Leading Researcher, of NOVBYTCHIM Company, e-mail: [email protected]
Зевацкий Юрий Эдуардович, д-р хим. наук, профессор Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна; Yuriy E. Zevatskii, Dr Sci. (Chem.), Professor of St Petersburg State University of Industrial Technologies and Design, e-mail: [email protected]
Самойлов Денис Denis V. Samoylov, Ph.D. (Chem.), process engineer of NOVBYTCHIM Company, e-mail: [email protected]
