化合物pKa的估算与初步测定

一、pKa

       酸性物质的pKa是酸解离常数的负对数，碱性物质的PKa是其共轭酸解离常数的负对数。了解酸或碱性物质的pKa值，可以方便的计算出药物在不同pH溶液中分子型（未解离型）和离子型(解离型)组分比例，对于我们建立和优化色谱条件具有重要意义。

容易得到，对于酸性物质：

        对于碱性物质：

       根据我们以前的推论：   

K’、K_I’、K_f’分别为总容量因子、离子型容量因子和分子型容量因子。 

由此可见，分子型和离子型的比例，直接决定了化合物的保留，尤其是在K_I’和K_f’相差较大的时候。

 

二、PKa估算

一般药物的pKa都可以从文献上获得，对于不能从文献获得的，可以进行初步估算。

(1)酸pKa估算

酸性药物一般以含羧基的居多。

当羧基与烷基连接时pKa一般在在4~5之间，如甲酸、乙酸和丙酸的pKa分别为3.8、4.7和4.8。

当含有吸电子基团，酸性增强，pKa相应降低，可参考氯乙酸（pKa2.9），羟基乙酸（pKa3.8)粗布估算。

当羧基与芳环连接时，pKa一般在3~6之间，可以苯甲酸（pKa4.2）为基准，根据苯环上取代的位置和取代基团进行估算。如水杨酸（邻羟基苯甲酸）pKa=3.0。

(2)碱pKa估算

碱性药物一般为脂肪胺、芳胺和含N杂环类化合物，对于羧酸盐类，可以运用其相应羧酸的pKa进行计算。

脂肪胺：pKa一般在9~11之间，如甲胺、乙胺、三乙胺pKa分别为10.6、10.8、11.1。

当含有吸电子基团，碱性降低，pKa相应降低，可以三乙醇胺（pKa=7.8）、乙二胺（pKa1=9.9）为参考。

芳胺：可以苯胺（pKa4.6）为基准，根据苯环上取代的位置和取代基团进行估算。如水杨酸（邻羟基苯甲酸）pKa=3.0。

N杂环：可以母核为基准，根据取代基团的性质和未知估算：

脂肪胺类碱性较强，要完全抑制它们的质子化，pH需要达到11~13以上，普通色谱柱难以承受如此高的pH，需要使用耐高pH值色谱柱。在普通色谱柱承受的pH范围内，它们几乎都以离子型（完全质子化）存在。

芳胺pKa在普通色谱柱承受的pH范围内，调节流动相pH即可调节保留。

N杂环化合物中，吡嗪、吡咯、吲哚、噁唑、异噁唑碱性极弱，几乎不解离，流动相可以不加缓冲盐；其它pKa也多在普通色谱柱承受的pH范围内，调节流动相pH即可调节保留。

 

三、pKa和初步测定

文献上有多种测定化合物pKa的方法，本文介绍一种HPLC测定pKa的方法。以酸性物质为例，介绍测定方法的原理。

根据式（1）我们知道，在流动相pH远小于pKa（差值不低于2）时，酸性物质99%以上以分子型存在，此时测得的容量因子即可作为分子型的容量因子(k_f’)。同理，可以在流动相pH远大于pKa（差值不低于2）时测定出离子型的容量因子（k_I’)。

在流动相选择中间pH条件下，测定化合物k’。由于k_I’、k_f’已经测出，根据式（3）即可以计算出x_I和x_f，将它们和流动相的pH代入式（1）就可以计算出化合物pKa。

以下为苯甲酸pKa的测定示例：

色谱条件：

色谱柱：SB-C18(4.6*150mm,5um）

流速：1.0ml/min

测试波长：240nm

柱温：30℃

进样体积：10uL

供试品溶液：0.1mg/ml（流动相溶解）

流动相：缓冲液-ACN（80：20）

 测定结果如下：

            

       

     pH2.1时可以认为苯甲酸解离被抑制，此时的k’可以作为分子型的k_f’，pH7.2时可以认为苯甲酸完全解离，此时的k’可以作为离子型的k_I’，即可以认为k_f’=6.88，k_I’=0。

     pH4.4时，k’=x_Ik_I’+x_fk_f’=3.77，由此计算x_f=0.55，x_I=1-x_f=0.45，分子型与离子子型比值为1.22。

     根据式（1）即算出pKa=4.5，该值与文献值4.2基本吻合。