DOI: https://doi.org/10.18524/2304-0947.2019.1(69).158502

КИСЛОТНО-ОСНОВНІ ВЛАСТИВОСТІ N-н-ПРОПІЛ, N-н-БУТИЛ ТА N-н-ГЕПТИЛ ПОХІДНИХ АМІНОМЕТАНСУЛЬФОКИСЛОТИ

R. E. Khoma, A. N. Chebotaryov, L. T. Osadchiy, S. V. Vodzinskiy, S. V. Toporov

Анотація


Здійснено рН-метричне дослідження кислотно-основних властивостей N-н-пропіл (n-PrAMSA), N-н-бутил (n-BuAMSA) та N-н-гептил (n-HpAMSA) похідних амінометансульфокислоти (YAMSA) у водних розчинах в області 293 – 313 K. Розраховано іон-молекулярний склад систем YN+ H2CH2SO2O- – YNHCH2SO2O- – H2O, концентраційні константи дисоціації за другим ступенем n-PrAMSA, n-BuAMSA і n-HpAMSA (в ізоелектричній точці при іонній силі 4,94∙10-4 М) та визначені температурні залежності ΔG, ΔH та ΔS в інтервалі температур 293 – 313 К. Показано, що зазначені YAMSA у водних розчинах існують при співвідношенні CNaOH/QYAMSA < 0,5 переважно у вигляді цвиттер-іонів; вміст аніонів YNHCH2SO2O- прямо пропорційний співвідношенню CNaOH/QYAMSA. Методом QSAR оцінена липофільність зазначених кислот. Виявлено кореляції між результатами експериментів і даних квантово-хімічних розрахунків. У випадку амінів, для котрих емпирична функція, що поєднує їхні основність та ліпофільність (рKа + lgPow) ≤ 11,08, з підвищенням їхнього pK aсила відповідних їм кислот (pKYAМSA ) понижується. Визначено межі рН буферної дії їхніх водних розчинів при 298 К; показано, що за допо- могою n-PrAMSA, n-BuAMSA і n-HpAMSA можна підтримувати кислотність середовища в області фізіологічних значень рН (6,8 ÷ 7,8). Показано, що посилення електроноакцепторних властивостей N-замісника призводить до зниження впливу температури на значення термодинамічних функцій дисоціації амінометансульфокислот, синтезованих з амінів, для котрих рKа + lgPow ≤ 11,08. Із зростанням температури значення ΔH і ΔS дисоціації n-PrAMSA та n-BuAMSA знижуються, а n-HpAMSA – навпаки, підвищуються, причому для n-PrAMSA та n-BuAMSA при T < Tекстр. реакція є ендотермічною, а при T > Tекстр. – екзотермічною. Для процесу дисоціації досліджених кислот відзначена ентальпійно-ентропійна компенсація з «ізотермодинамічною температурою» 303 К.


Ключові слова


амінометансульфокислоти; буферні розчини; термодинаміка іонізації; ліпофільність

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Dolan J.W. Back to Basics: The Role of pH in Retention and Selectivity. LCGC Europe, 2017, vol. 35, no 1, pp. 30–33.

Al’bert A. Izbiratel’naja toksichnost’. Fiziko-himicheskie osnovy terapii. vol. 2, Medicine, Moscow, 1989, 432 p. (in Russian)

Manallack D.T. The pKa Distribution of Drugs: Application to Drug Discovery. Perspect Medicin Chem., 2007, vol. 1, pp. 25–38. https://doi.org/10.1177/1177391X0700100003

Ferreira C.M.H., Pinto I.S.S., Soares E.V., Soares H.M.V.M. (Un)suitability of the use of pH buffers in biological, biochemical and environmental studies and their interaction with metal ions – a review. RSC Adv., 2015, vol. 5, no 39, pp. 30989 – 31003. http://dx.doi.org/10.1039/c4ra15453c

Khoma R.E., Osadchiy L.Т., Dlubovsriy R.M. Aminomethanesulphonic Acids And Its N-Derivatives are Components of N. Goods Buffers. Visn. Odes. nac. univ. Him., 2015, vol. 20, no 3, pp. 66-75. http://dx.doi.org/10.18524/2304-0947.2015.3(55).54005 (in Russian)

Grygorenko O.O., Biitseva A.V., Zhersh S. Amino sulfonic acids, peptidosulfonamides and other related compounds. Tetrahedron., 2018, vol. 74, no 13, pp. 1355-1421. http://dx.doi.org/10.1016/j.tet.2018.01.033

Badeev Yu.V., Korobkova V.D., Ivanov V.B., Pozdeev O.K., Gil’manova G.Kh., Batyeva É.S., Andreev S.V. Aminoalkanesulfonic acids and derivatives: Synthesis and antiviral activity. Pharm. Chem. J., 1991, vol. 25, no 4, pp. 272-274. http://dx.doi.org/10.1007/bf00772113

Gryaznov P.I., Kataeva O.N., Naumova O.E., Musin R.Z., Al’fonsov V.A. Reaction of β-iminoalcohols with sulfur dioxide. Synthesis of (±)-(2-hydroxyalkylamino)phenyl(isopropyl)-methanesulfonic acids. Russ. J. Gen.Chem., 2010, vol. 80, no 4, pp. 761-764. http://dx.doi.org/10.1134/s1070363210040134

Khoma R.E., Ennan A.A., Gridina T.L., Fedchuk A.S., Lozitskiy V.P., Godovan V.V., Antonenkko P.B., Trokay I.I., Gel’mol’dt V.O. Synthesis, structures, physico-chemical characteristics and biological activity of aminomethanesulfonic acids. Materials of the VIII National Congress of Pharmacists «Pharmacy of the 21st Century: Trends and Prospects». Kharkiv, 13-16 September 2016. – vol. 1, pp. 54-55. (in Russian)

Khoma R.E. Electrochemical Properties of Aminomethanesulphonic Acid – Water System. Visn. Odes. nac. univ. Him., 2013, vol. 18, no 3, pp. 89-95. http://dx.doi.org/10.18524/2304-0947.2013.3(47).31179 (in Russian)

Khoma R.E. Electrochemical Properties of Aminomethanesulphonic Acids N-Derivatives. Visn. Odes. nac. univ. Him., 2013, vol. 18, no 4, pp. 63-68. http://dx.doi.org/10.18524/2304-0947.2013.4(48).37890 (in Russian)

Khoma R.E. Thermodynamics of the dissociation of aminomethanesulfonic acid and its N-substituent derivatives at 293-313 K. Russ. J. Phys. Chem., 2017, vol. 91, no 1, pp. 76-79. https://doi.org/10.1134/S0036024417010125

Khoma R.E., Gel’mbol’dt V.O., Shishkin O.V., Baumer V.N., Koroeva L.V. Synthesis, crystal structure, and spectral characteristics of N-(Hydroxyethyl)aminomethanesulfonic acid. Russ. J. Gen. Chem., 2013, vol. 83, no 5, pp. 969-971. http://dx.doi.org/10.1134/S1070363213050149

Khoma R.E., Gel’mbol’dt V.O., Ennan A.A., Baumer V.N., Puzan A.N. Synthesis, Crystal Structure, and Spectral Characteristics of N-(Tert-butyl)aminomethanesulfonic Acid. Russ. J. Gen. Chem., 2015, vol. 85, no 10, pp. 2282-2284. http://dx.doi.org/10.1134/S1070363215100102

URL: http://hypercube.com (date of the application 06.12.2018)

Khoma R.E., Chebotaryov A.N., Bud’ko L.S., Osadchiy L.T. Buffer solutions based on glycine. Visn. Odes. nac. univ. Him., 2018, vol. 23, no 1, pp. 109-122. http://dx.doi.org/10.18524/2304-0947.2018.1(65).124551 (in Ukranian)

Urbansky E.T., Schock M.R. Understanding, Deriving, and Computing Buffer Capacity. J. Chem. Educ., 2000, vol. 77, no 12, pp. 1640-1644. http://dx.doi.org/10.1021/ed077p1640

Christensen J.J., Izatt R.M., Wrathall D.P., Hansen L.D. Thermodynamics of proton ionization in dilute aqueous solution. Part XI. pK, ΔH°, and ΔS° values for proton ionization from protonated amines at 25°. J. Chem. Soc., 1969, vol. A0, no 0, pp. 1212−1223. http://dx.doi.org/10.1039/j19690001212

Khoma R.Е., Ennan А.А.-А., Chebotaryov А.N., Vodzinskii S.V., Mayans’kaya А.O. Thermodynamics of ethanolammonium cationes dissociation in aqueous solutions. Vіsn. Odes. nac. unіv., Hіm., 2017, vol. 22, no 1, pp. 6-19. https://doi.org/10.18524/2304-0947.2017.1(61).94707 (in Russian)

Sangster J. Octanol-Water Partition Coefficients: Fundamentals and Physical Chemistry. J. Phys. Chern. Ref. Data., 1989, vol. 18, no 3, pp. 1111–1229. http://dx.doi.org/10.1063/1.555833

Roy R.N., Robinson R.A., Bates R.G. Thermodynamics of the two dissociation steps of N-tris(hydroxymethyl) methylglycine (Tricine) in water from 5 to 500. J. Am. Chem. Soc., 1973, vol. 95, no 25, pp. 8231-8235. http://dx.doi.org/10.1021/ja00806a004.

Hunter K.A. Acid-base Chemistry of Aquatic Systems. Dunedin, 1998, pp. 51-52.

Vereshchagin A.N. Inductive Effect. Constants of Substituents for Correlation Analysis. Nauka, Мoscow, 1988, 108 p. (in Russian)

Goldberg R.N., Kishore N., Lennen R.M. Thermodynamic Quantities for the Ionization Reactions of Buffers. J. Phys. Chem. Ref. Data., 2002, vol. 31, no 2, pp. 231-370. http://dx.doi.org/10.1063/1.1416902

Roy R.N., Roy L.N., Hundley K.E., Wehmeyer T.R., Tebbe L.S. Thermodynamics of the Second Dissociation Constants (pK2) of Piperazine-N,N′-bis-2-hydroxypropanesulfonic Acid (POPSO Sesquisodium Salt) and Associated Thermodynamic Functions from (278.15 to 328.15) K. J. Biophys. Chem., 2014, vol. 5, no 4, pp. 143-151. http://dx.doi.org/10.4236/jbpc.2014.54016

Khali M.M., Mahmoud R.K., Babiker S.E. Thermodynamic Study of the Second-Stage Dissociation of 2-Aminoethanesulfonic Acid (Taurine) in Water at Different Ionic Strength and in Dioxane-Water Media. J. Chem. Sci. Techn., 2014, vol. 3, no 2, pp. 49-57. http://dx.doi.org/10.1002/adic.200490119

Ryde U. A fundamental view of enthalpy-entropy compensation. Med. Chem. Comm., 2014, vol. 5, no 9, pp. 1324-1336. https://doi.org/10.1039/C4MD00057A


Пристатейна бібліографія ГОСТ


1. Dolan J.W. Back to Basics: The Role of pH in Retention and Selectivity // LCGC Europe. – 2017. – Vol. 35, N 1. – P. 30–33.

2. Альберт А. Избирательная токсичность. Физико-химические основы терапии. Т. 2. – М.: Медицина, 1989. – 432 с.

3. Manallack D.T. The pKa Distribution of Drugs: Application to Drug Discovery // Perspect Medicin Chem. –2007. – Vol. 1. – P. 25–38. https://doi.org/10.1177/1177391X0700100003

4. Ferreira C.M.H., Pinto I.S.S., Soares E.V., Soares H.M.V.M. (Un)suitability of the use of pH buffers in biological, biochemical and environmental studies and their interaction with metal ions – a review. // RSC Adv. – 2015. – Vol. 5, N 39. – P. 30989 – 31003. http://dx.doi.org/10.1039/c4ra15453c

5. Хома Р.Е., Осадчий Л.Т., Длубовский Р.М. Аминометансульфокислота и ее N‑производные – компоненты буферных растворов Н. Гуда. // Вісник ОНУ. Хімія. – 2015. Т. 20, № 3. – С. 66-75. http://dx.doi.org/10.18524/2304-0947.2015.3(55).54005

6. Grygorenko O.O., Biitseva A.V., Zhersh S. Amino sulfonic acids, peptidosulfonamides and other related compounds. // Tetrahedron. 2018. – Vol. 74, N 13. – P. 1355-1421. http://dx.doi.org/10.1016/j.tet.2018.01.033

7. Badeev Yu.V., Korobkova V.D., Ivanov V.B., Pozdeev O.K., Gil’manova G.Kh., Batyeva É.S., Andreev S.V. Aminoalkanesulfonic acids and derivatives: Synthesis and antiviral activity. // Pharm. Chem. J. – 1991. – Vol. 25, N 4. – P. 272-274. http://dx.doi.org/10.1007/bf00772113

8. Gryaznov P.I., Kataeva O.N., Naumova O.E., Musin R.Z., Al’fonsov V.A. Reaction of β-iminoalcohols with sulfur dioxide. Synthesis of (±)‑(2‑hydroxyalkylamino) phenyl(isopropyl)-methanesulfonic acids. // Russ. J. Gen. Chem. – 2010. – Vol. 80, N 4. – P. 761-764. http://dx.doi.org/10.1134/s1070363210040134

9. Хома Р.Е., Эннан А.А., Гридина Т.Л., Федчук А.С., Лозицкий В.П., Годован В.В., Антоненко П.Б., Трокай И.И., Гельмбольдт В.О. Синтез, структуры, физико-химические характеристики и биологическая активность аминометансульфокислот. Матеріали VIII Національного з’їзду фармацевтів «Фармація ХХІ століття: тенденції та перспективи». Харків, 13-16 вересня 2016. – Т. 1. – C. 54-55.

10. Хома Р.Е. Электрохимические свойства системы аминометансульфокислота – вода. // Вісник ОНУ. Хімія. – 2013. – T. 18, № 3. – С. 89-95. http://dx.doi.org/10.18524/2304-0947.2013.3(47).31179

11. Хома Р.Е. Электрохимические свойства N-производных амиинометансульфокислоты. // Вісник ОНУ. Хімія. – 2013. – T. 18, № 4. – С. 63-68. http://dx.doi.org/10.18524/2304-0947.2013.4(48).37890

12. Хома Р.Е. Термодинамика диссоциации аминометансульфокислоты и ее N‑замещенных производных в водных растворах при 293 – 313 K. // Журн. физич. химии. – 2017. – Т. 91, № 1. – С. 79-82. http://dx.doi.org/10.1134/S0036024417010125

13. Хома Р.Е., Гельмбольдт В.О., Шишкин О.В., Баумер В.Н., Короева Л.В. Метод синтеза, кристаллическая структура и спектральные характеристики N-(гидроксиэтил)аминометансульфокислоты // Журн. общ. химии. – 2013. – Т. 83, № 5. – С. 834-836. http://dx.doi.org/10.1134/S1070363213050149

14. Хома Р.Е., Гельмбольдт В.О., Эннан А.А., Баумер В.Н., Пузан А.Н. Метод синтеза, кристаллическая структура и спектральные характеристики N-(трет-бутил)аминометансульфокислоты // Журн. общей химии. – 2015. – Т. 85, № 10. – С. 1650-1652. http://dx.doi.org/10.1134/S1070363215100102

15. URL: http://hypercube.com (дата обращения 06.12.2018)

16. Хома Р.Є., Чеботарев А.Н., Будько Л.С., Осадчий Л.Т. Буферні розчини на основі гліцину. // Вісник ОНУ. Хімія. – 2018. – T. 23, № 1. – С. 109-122. http://dx.doi.org/10.18524/2304-0947.2018.1(65).124551

17. Urbansky E.T., Schock M.R. Understanding, Deriving, and Computing Buffer Capacity. // J. Chem. Educ. – 2000. – Vol. 77, N 12. – P. 1640-1644. http://dx.doi.org/10.1021/ed077p1640

18. Christensen J.J., Izatt R.M., Wrathall D.P., Hansen L.D. Thermodynamics of proton ionization in dilute aqueous solution. Part XI. pK, ΔH°, and ΔS° values for proton ionization from protonated amines at 25°. // J. Chem.Soc. – 1969. – Vol A0, N 0. – P. 1212−1223. http://dx.doi.org/10.1039/j19690001212

19. Хома Р.Е., Эннан А.А.-А., Чеботарев А.Н., Водзинский С.В., Маянская А.O. Термодинамика диссоциации этаноламмоннийных катионов в водных растворах. // Вісник ОНУ. Хімія. – 2017. – Т. 22, № 1. – С. 6-19. http://dx.doi.org/10.18524/2304-0947.2017.1(61).94707

20. Sangster J. Octanol-Water Partition Coefficients: Fundamentals and Physical Chemistry. // J. Phys. Chern. Ref. Data. – 1989. – Vol. 18, N 3. – P. 1111–1229. http://dx.doi.org/10.1063/1.555833

21. Roy R.N., Robinson R.A., Bates R.G. Thermodynamics of the two dissociation steps of N-tris(hydroxymethyl) methylglycine (Tricine) in water from 5 to 500. // J. Am. Chem. Soc. – 1973. – Vol. 95, N 25. – P. 8231-8235. http://dx.doi.org/10.1021/ja00806a004.

22. Hunter K.A. Acid-base Chemistry of Aquatic Systems. Dunedin, 1998. – P. 51-52.

23. Верещагин А.Н. Индуктивный эффект. Константы заместителей для корреляционного анализа. М.: Наука, 1988. – 108 с.

24. Goldberg R.N., Kishore N., Lennen R.M. Thermodynamic Quantities for the Ionization Reactions of Buffers. // J. Phys. Chem. Ref. Data. – 2002. – Vol. 31, N 2. – P. 231-370. http://dx.doi.org/10.1063/1.1416902

25. Roy R.N., Roy L.N., Hundley K.E., Wehmeyer T.R., Tebbe L.S. Thermodynamics of the Second Dissociation Constants (pK2) of Piperazine-N,N′-bis-2-hydroxypropanesulfonic Acid (POPSO Sesquisodium Salt) and Associated Thermodynamic Functions from (278.15 to 328.15) K. // J. Biophys. Chem. – 2014. – Vol. 5, N 4. – P. 143-151. http://dx.doi.org/10.4236/jbpc.2014.54016

26. Khali M.M., Mahmoud R.K., Babiker S.E. Thermodynamic Study of the Second-Stage Dissociation of 2-Aminoethanesulfonic Acid (Taurine) in Water at Different Ionic Strength and in Dioxane-Water Media. // J. Chem. Sci. Techn. – 2014. – Vol. 3, N 2. – P. 49-57. http://dx.doi.org/10.1002/adic.200490119

27. Ryde U. A fundamental view of enthalpy-entropy compensation // Med. Chem. Comm. – 2014. – Vol. 5, N 9. – P. 1324-1336. https://doi.org/10.1039/C4MD00057A





Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.