光度滴定法測定丁香酸和對香豆酸的解離常數

桂玉娟,付潔,任佳,劉娜,夏雁青,石鐵生

(棗莊學院 化學化工與材料科學學院,山東 棗莊 277160)

丁香酸(Syringic acid,SA)的化學名稱是3,5-二甲氧基-4-羥基苯甲酸,主要存在于枸杞[1]、核桃[2]等水果和谷物中,在植物中通過莽草酸途徑合成[3],它具有抗氧化、抗菌、抗炎等生物活性[3-5],對癌癥、心血管疾病和糖尿病等疾病的預防具有一定作用[6]。對香豆酸(p-coumaric acid,p-CA) 又叫對羥基肉桂酸,和丁香酸一樣,也是酚酸類化合物,它是很多中藥如白花蛇草的主要有效成分,而白花蛇草已被研究證明可以誘發MM細胞凋亡[7];另有研究表明對香豆酸可抑制癌細胞增殖,具有抗氧化和抗腫瘤作用[8-10]。丁香酸和對香豆酸在水溶液中分別存在如圖1和2所示的解離平衡,它們的不同質子化形態在發生氧化還原反應時其活性可能存在很大差異[11]。迄今為止在25.0 ℃和1.0 mol/L離子強度下,它們在水溶液中的解離平衡常數尚未有報道,我們較為系統地研究了丁香酸和對香豆酸的UV-Vis光譜隨溶液pH值的變化,通過光度滴定法獲得了二者的解離常數pKa1和pKa2。

圖1 丁香酸在水溶液中的解離平衡

圖2 對香豆酸在水溶液中的解離平衡

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

TU-1950 紫外-可見分光光度計(普析,北京通用,配有1.00 cm厚石英比色皿),水浴恒溫槽(Lauda Alpha RA8,德國),Accumet Basic AB150 Plus pH計(Fisher Scientific,美國)。

丁香酸,對香豆酸,高氯酸鈉,磷酸,磷酸二氫鈉,磷酸氫二鈉,磷酸鈉,醋酸,醋酸鈉,碳酸鈉,碳酸氫鈉,氯化鈉,購于Sigma 或Alfa Aesar 試劑公司,所有試劑均為分析純。用于校準電極的標準緩沖液pH 值4.00,7.00 和10.00 也購于Alfa Aesar 試劑公司。 溶液均使用二次蒸餾水配制。

1.2 緩沖溶液配制

不同的pH值范圍各按如下方法配制:1)2.40≤pH值≤3.00由H3PO4和NaH2PO4按一定比例配制;2)3.00

1.3 待測溶液配制

分別稱取一定量的丁香酸和對香豆酸固體溶解在1.0 mol/L NaClO4溶液中作為儲備液,然后用不同緩沖溶液分別稀釋得到0.10 mmol/L丁香酸溶液和0.040 mmol/L對香豆酸溶液(使用時間不超過1 h)。

1.4 光譜測量

(1)開啟分光光度計電源預熱15 min,調節恒溫槽溫度(控制在(25.0 ± 0.1)℃);(2)打開電腦和軟件,設定掃描波長范圍:200～400 nm或200～450 nm(采用慢速掃描);(3)放入參比溶液對基線進行校準;(4)裝上待測溶液,開始測定。(注意:測量前所有溶液都要恒溫10 min。)

2 結果與討論

2.1 光譜隨pH值的變化

在25.0 ℃和1.0 mol/L的離子強度下,我們獲得了丁香酸在不同pH值下的光譜圖(圖3)?？梢钥闯?在273 nm處隨著pH值從2.45增加到5.79,吸光度逐漸下降,表1給出了吸光度數值隨pH值的變化趨勢。

表1 25.0 ℃和1.0 mol/L 離子強度下0.10 mmol/L丁香酸在不同pH值的緩沖溶液中273 nm處的吸光度數據

圖3 0.10 mmol/L丁香酸在pH值為2.45,4.05和5.79緩沖溶液中的吸收光譜圖

圖4 0.10 mmol/L丁香酸在pH值為6.87至11.83的緩沖溶液中的吸收光譜圖

當pH值從6.87逐漸增加到11.83時,在260 nm和302 nm處丁香酸的光譜變化非常明顯,并且我們觀察到在243 nm 和273.4 nm處各存在一個等吸收點,說明其形態II和III兩者之間在互相變換。表2給出了在260 nm和302 nm處吸光度數值隨pH值的變化。

表2 25.0 ℃和1.0 mol/L離子強度下0.10 mmol/L丁香酸在不同pH值的緩沖溶液中260 nm和302 nm處的吸光度數據

同樣地,我們也得到了在25.0 ℃和1.0 mol/L的離子強度下對香豆酸在不同pH值下的光譜(圖5和6),表3～4分別給出了在310 nm和329 nm處對香豆酸的吸光度數值隨pH值的變化。

表3 25.0 ℃和1.0 mol/L 離子強度下0.040 mmol/L對香豆酸在不同pH值的緩沖溶液中310 nm處的吸光度數據

表4 25 ℃和1.0 mol/L 離子強度下0.040 mmol/L對香豆酸在不同pH值的緩沖溶液中329 nm處的吸光度數據

圖5 0.040 mmol/L對香豆酸在pH值為2.45,4.56和6.32緩沖溶液中的吸收光譜圖

圖6 0.040 mmol/L對香豆酸在pH值為7.43,8.56和11.83緩沖溶液中的吸收光譜圖

2.2 丁香酸和對香豆酸解離常數pKa1和pKa2的導出

對于上述光譜隨pH值的變化,可以用方程(1)和方程(2)來進行定量的分析[12],式中[SA]tot=1.0×10-4M,ε1、ε2和ε3分別為丁香酸三種質子化形態的摩爾吸光系數。

使用方程(1)對表1中的數據進行非線性最小二乘方擬合,擬合的結果如圖7所示。擬合結果非常理想,得到了pKa1=4.08。再次使用方程(2)對表2中的數據進行非線性最小二乘方擬合,擬合的結果如圖8所示,得到的結果為:260 nm 下pKa2=8.78,302 nm下pKa2=8.80。因此在兩個不同波長得到的結果非常一致,取平均值pKa2=8.79。

圖7 使用方程(1)對表1數據擬合得到的關系圖

圖8 使用方程(2)對表2數據擬合得到的關系圖

然后運用方程(3)～(4)分別對表3～4中的數據進行非線性最小二乘方擬合[12],式中[p-CA]tot=4.0×10-5mol/L,ε1、ε2和ε3分別為對香豆酸三種質子化形態的摩爾吸光系數。

擬合結果分別如圖9、10所示,從而得到了對香豆酸的pKa1=4.43、pKa2=8.88。

圖9 使用方程(3)對表3數據擬合得到的關系圖

圖10 使用方程(4)對表4數據擬合得到的關系圖

3 結論

在25.0 ℃和1.0 mol/L離子強度下,我們通過研究丁香酸和對香豆酸UV-Vis光譜隨pH值的變化,利用光度滴定法分別得到了二者的解離常數pKa1和pKa2,在獲得這些解離常數后就可以很容易地分析丁香酸和對香豆酸的3種質子化形態隨pH的分布情況,這將對研究它們的抗氧化反應機理具有重要的意義。