Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор.
1.1 Классификация, строение и физико-химические свойства низко молекулярных пептидов
1.2. Равновесия ступенчатой диссоциации D,L—а-аланил-0,Ь— валика в водных растворах
1.3.. Протолитические равновесия в водных растворах Р-аланил-р- аланнна
1.4. Равновесия ступенчатой ионизации 0,Е-а-аланил-Р-аланина
1.5. Координационные равновесия в системе никель (II) 13,Е-а-аланил~0,Ь-валин в водных растворах
1.6. Устойчивость комплексов никеля (II) с; а-аланином в водных растворах
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Описание и основные характеристики калориметрической установки.
2.2. Методика проведения и расчета калориметрического опыта
2.3. Проверка работы калориметрической установки
2.4. Реактивы
Глава 3. Потепциометрическоетитрование ..
3.1..Определение констант диссоциации 0,Ь-а-аланил~Р-аланина в водном растворе
Глава 4. Термодинамика кислотно-основного взаимодействия в водных растворах пептидов . 4.1Лермодинамика реакций кислотно-основного взаимодействия в растворах D,L-a- а лан и л -0,Ь-валина
4.2, Определение тепловых эффектов кислотно-основного взаимо действия в растворах [З-аланил-р- аланина
4.3. Термодинамика протолнтических равновесии в водных растворах 0,Ь-а~аланил-р-аланина
4.4.Определение стандартных энтальпий образования D^L-a-аланил -Б,Ь~валина и продуктов его диссоциации в водном растворе
Глава 5. Термодинамика процессов образования комплексов 0,Ь-а-аланил -D,L-Baimra и ос-аланипа с ионом никеля (П) в растворе .
5.1, Определение термодинамических характеристик реакций образования комплексов а-аланина с ионом никеля (И) в водном растворе
5.2.Термодинамика процессов образования комплексов D,.L—а—аланил—D,L—валина с ионом никеля (II) в водном растворе...
Глава 6. Корреляция между термодинамическими характеристиками процессов ионизации и комплсксообразования и структурными особенностями дипептидов .
Выводы.
Литература
Приложение
- Равновесия ступенчатой диссоциации D,L—а-аланил-0,Ь— валика в водных растворах
- Координационные равновесия в системе никель (II) 13,Е-а-аланил~0,Ь-валин в водных растворах
- Методика проведения и расчета калориметрического опыта
- Термодинамика протолнтических равновесии в водных растворах 0,Ь-а~аланил-р-аланина
Введение к работе
Зарождение и существование жизни неотделимо от растворов, и поэтому является вполне очевидным, что разрешение проблем, стоящих перед современной наукой о растворах, во многом определяет прогресс в развитии таких биолого-химических дисциплин, как молекулярная биофизика, молекулярная биохимия, бионеорганическая и биоорганическая химии. Одной из задач этих современных наук является изучение механизма и движущих сил процессов, происходящих в живом организме. Физико-химическое изучение растворов пептидов в связи с этим весьма актуально. * Пептиды обладают уникальными свойствами, и все биологические про- цессы осуществляются при непосредственном участии белков. Они служат регуляторами генетической функции нуклеиновых кислот, в качестве ферментов участвуют во всех стадиях биосинтеза полипептидов, полинуклио-тидов, принимают активное участие во многих процессах жизнедеятельности. Разнообразие и важность функций пептидов общеизвестны. Низко- " молекулярные пептиды можно рассматривать, как модельные аналоги бо- лее сложных биосистем. Так как все биохимические процессы происходят в водной среде, особенно важным представляется изучение свойств пептидов в растворах.
Живые биологические системы являются открытыми, и протекаю- V щие в них реакции относятся к разряду не равновесных. Однако эти дина- мические, необратимые жизненные процессы происходят внутри органи- ** зованной или крайне медленно меняющейся структуры.. Это дает возмож- ность при рассмотрении молекулярных уровней организации биосистем и механизмов биохимических реакций исходить из условного термодинамического равновесия и использовать приемы и методы равновесной термодинамики. В биохимической термодинамике одним из наиболее часто применяемых методов является калориметрия, то есть именно тот метод, который является основным источником термодинамической информации в физиохимии растворов. Применение этого метода в биологических исследованиях, позволило значительно продвинуться вперед в изучении взаимодействия как между низкомолекулярными веществами (ионы биометаллов, аминокислоты, пептиды и некоторые другие биомолекулы), так и между биополимерами (белки, липиды, полисахариды) в водных растворах. Важную роль во многих биологических системах играют реакции кислотно-основного взаимодействия и.комплексообразования. Определение основных закономерностей протолитических равновесий в растворах пептидов имеет существенное значение для понимания механизмов многих биохимических реакций. Изучение процессов комплексообразования связано с необходимостью учета реакций кислотно-основного характера в системе. Исследование этих закономерностей создает фундамент практического использования пептидов в медицине, позволяет создать композиции с заданными свойствами, модифицировать технологические процессы в нужном направлении, разрабатывать новые лекарственные и диагностические средства.
Настоящая работа посвящена изучению термодинамики протолитических равновесий в растворах D,L-a- аланил-0,Ь-валина, (З-аланил-Р-аланина, 0,Ь-а-аланил-Р-аланина и реакций комплексообразования D,L~a~ аланил-0,Ь-вапина и а- аланина с ионом никеля (II)..
АКТУАЛЬНОСТЬ. .Обзор литературы показал, что термодинамические исследования растворов пептидов немногочисленны, ограничены узким интервалом температур и концентраций. Получение термодинамических характеристик реакций ступенчатой диссоциации D,L-a- аланил-Э,Ь-валина, р-аланил-р-аланина, D,L-a- аланил-р-аланина, а также стандартных энтальпий образования 0,Ь-а~аланил-[),Ь-валина и продуктов его диссоциации в водном растворе, делает возможным проведение строгих математических расчетов в системах, содержащих эти соединения. Такие термодинамические характеристики, как константы диссоциации, изменение энергии Гиб-бса, энтальпии, энтропии, теплоемкости ступенчатой ионизации D,L—а-алапил-0,Ь-валина, р-аланил-р-аланина, 0,1.-а-аланил-Р-аланина с учетом их структурных особенностей необходимы для более глубокого понимания механизмов реакций, протекающих в растворах пептидов,. что, в свою очередь, позволяет получить модель поведения сложных биосистем. Работ, посвященных изучению термохимии реакций комплексообразова-ния иона никеля (И) с D,L-a- аланил-0,Ь-валином и a-аланином, немного. Представляет интерес определить энтальпийные и энтропийные характеристики реакций комплексообразования 0,Ь-а-аланил-0,Ь-валина и а-аланина с ионом никеля (II) и получить стандартные термодинамические характеристики процессов образования комплексов.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью настоящей работы является определение энтальпий ионизации 0,Ь~а-аланил-0,Ь-валина, р-аланил-р-аланина, 0,Ь-а-аланил—р-аланина методом прямой калориметрии. Изучение влияния температуры, а также природы и концентрации "фонового" электролита на равновесия ступенчатой диссоциации указанных дипептидов... Расчет стандартных термодинамических характеристик реакций; кислотно-основного взаимодействия с их участием. Потенциометрическое определение констант диссоциации 0,Ь-а-аланил-р-аланина в водном растворе. Калориметрическое определение энтальпий образования 0,Ь-а-аланилЧ},Ь-валина и продуктов его диссоциации в водном растворе. Определение теплот комплексообразования D,L-a- аланил-0,Ь-валина и а- аланина с ионом никеля (II). Обсуждение и анализ полученных результатов.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА.
Впервые определены тепловые эффекты ступенчатой' ионизации 0,Ь-а-аланил~0,Ь-валина, р-аланил-В-аланина, 0,Ь-а-аланил-В-аланина прямым калориметрическим методом при; нескольких значениях ионной силы (KN03, LiN03) и.температуры.,Рассчитаны стандартные термодинамические характеристики реакций взаимодействия протона с указанным рядом лигандов. Определены стандартные энтальпии образования D,L-ot-аланил-0,Ь-валина и продуктов его диссоциации в водном растворе. Получены тепловые эффекты процессов комплексообразования D,L—а- ала-нил-0,Ь-валина и а- аланина с ионом никеля (IT).
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ.
Данные по термодинамическим характеристикам реакций кислотно-основного взаимодействия в растворах 0,Ь-а-аланил-0,Ь—валина, В-ала-нил-р-аланина, 0,Ь-(х-аланил-р-аланина в стандартном состоянии и прак-. тически важных солевых растворах необходимы в различных отраслях народного хозяйства, где находят применение эти соединения: фармакологии, медицине, пищевой и косметической промышленности, сельском хозяйстве для разработки , обоснования и оптимизации технологических процессов с участием этих соединений и их комплексов с металлами. Информация о протолитических равновесиях в растворах этих соединений может быть использована для изучения термодинамических свойств более сложных белковых систем и для нужд биотехнологии. Найденные значения термодинамических величин могут быть рекомендованы в качестве справочного материала и включены в компьютерную базу данных. Полученные результаты имеют значение для: проведения целенаправленного синтеза новых комплексных биосоединений.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.
Отдельные разделы диссертации докладывались на IX Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии (г. МКХТ-95).; I Региональной межвузовской конференции по актуальным проблемам химии, химической технологии и химического образования (г. Иваново. 1996.); I Всероссийской конференции молодых ученых по современным проблемам теоретической и экспериментальной химии (г. Саратов. І 996.); Vll International Conference The problems of solvation and complex formation in solutions. (Ivanovo, 1998.); П Международной конференции «Актуальные проблемы химии и химической технологии». Химия-99 (г. Иваново, 1999).
ПУБЛИКАЦИИ.
По результатам работы опубликовано 5 статей в ведущих химических журналах и тезисы 5 сообщений на международных и российских конференциях.
ОБЬЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков, 39 таблиц, состоит из следующих разделов: введения, главы, посвященной обзору литературы, пяти глав, включающих экспериментальный материал и его обсуждение, итоговые выводы. Список цитируемой литературы, содержащий 123 наименования работ отечественных и зарубежных авторов, приложение.
Равновесия ступенчатой диссоциации D,L—а-аланил-0,Ь— валика в водных растворах
Температурный.коэффициент Ь в уравнении Ср=а+ЬТ возрастает от аминокислот к.трипептидам. Более высокая теплоемкость L-a-аланил-Ь-а-аланина по сравнению с 0,Ь-а-аланил-0,Ь-а-аланином объясняется тем, что 0,Ь-формы дипептидов образуют более плотно упакованную кристаллическую решетку с большей энергией взаимодействия, молекул, что и приводит к уменьшению теплоемкости за счет уменьшения энергии, необходимой для возбуждения колебаний в молекуле. Данных по энтальпиям растворения дипептидов (Табл. 1.3) в настоящее время немного. В работе /50/ приводятся значения те плот растворения глицил-глицина и глицил-Ь-лейцина при бесконечном разведении. Матсумото и Амайя /51/ определили энтальпии растворения стереоизоме-ров D,L -аланил- DjL-аланина, L-аланил- L-аланина и глицил- D,L-nen-цина, глицил- L -лейцина в воде при концентрации 1,5-10" моль/кг. В работе /52/ исследованы концентрационные зависимости энтальпий растворения Б,Ь-аланил-глиципа, 0,Ь-аланил- 0,Ь-аланина, [3-аланил-р-аланина, 0,Ь-аланил- 0,Ь-валина в воде при 298,15К в области концентраций 0,005-0,07 моль/кг. Для исследованных в работе /52/ пептидов установлены следующие особенности: 1. Концентрационные зависимости глицил содержащих пептидов имеют характерные максимумы энтальпий растворения, лежащие в области 0,007-0,03 моль/кг. В ряду аминокислота-дипептид-трипептид максимум смещается в сторону более низких концентраций. Зависимости других исследованных пептидов в пределах экспериментальной ошибки линейны. 2. При концентрациях выше 0,03 моль/кг зависимость энтальпий растворения всех изученных веществ имеет линейный характер. С увеличением концентрации абсолютное значение энтальпии растворения уменьшается. 3. При концентрации 0,01 моль/кг и ниже энтальпии растворения в пределах экспериментальной ошибки не зависят от концентрации для всех изученных веществ, за исключением триглицина.
Мэрфи и Гилл /53/ определили термодинамические параметры (AG, ДН, AS, ДСР) растворения ряда твердых циклических дипептидов : R[C-C(O)-NH-C(R.2)-C(0)-NH, где RSH R2 - остатки аминокислот (глицин, аланин, лейцин, валин, фенилаланин, пролин, серии, тирозин). Полученные результаты были представлены ими в виде схемы групповой аддитивности. Особое место при изучении пептидов занимают вопросы, касающиеся гидролиза пептидной связи. Наши представления о химической структуре белковых молекул.в настоящее время основываются на полипептидной гипотезе, согласно которой молекулы белка составлены из нескольких аминокислот. Особенности пептидной гипотезы заслуживают рассмотрения, поскольку она обуславливает существование тех связей, гидролиз которых предполагается изучать. Аргументы, выдвигаемые в защиту этой гипотезы: во-первых, при гидролизе появляется почти одинаковое количество групп СООН и NH2; во-вторых, в химических и ферментативных белковых гидролизатах были обнаружены пептиды, и можно предположить, что они отражают структуру, частично разрушившуюся при гидролизе. Эти аргументы впервые были представлены Фишером /54/. На основании термодинамического расчета реакции образования пептидной связи показано, что эта реакция, имеющая ДО=15,021Дж и КРавн=0 00297 /55/, не происходит самопроизвольно. Впервые Фишер и сотрудники получили пептиды из эфиров аминокислот. В живых организмах реакции образования пептидной связи идут под влиянием ферментов. При взаимодействии двух аминокислот образуется продукт с пептидной связью и выделяется вода. Эта реакция обратима и сопровождается гидролизом пептидной связи. Пептиды можно разложить на составляющие их аминокислоты кислотным или щелочным гидролизом. Несмотря на широкое использование кислотного гидролиза, количественная информация о влиянии температуры, давления, концентрации кислоты: и вида кислоты на этот процесс является неполной. Большинство пептидов полностью гидролизуются после 16-20 -часовой обработки 6,5 М HCI при температуре 105-110С/56/.
Рассмотрим трипептид А.В.С. Неполный гидролиз его, должен привести к образованию пептидов А.В. и В. С. Если по какой-либо причине в процессе обработки будут искусственно образовываться комбинации В.А., СВ. и С.А., то структуру трипептида уже нельзя будет точно установить.
Гидролиз пептидной связи теоретически является обратимым. Однако равновесие настолько далеко смещено в правую сторону, что осуществить в заметной степени синтез становится, по-видимому, невозможным, по крайней мере, при обычных условиях химического гидролиза. Тем не менее, вполне возможно, что в ходе такого гидролиза за счет промежуточного образования дикетопиперазинов или других циклических пептидов возникают новые пептидные связи. А.В А:В-« В.А. Последствиями этих возможных реакций пренебрегать нельзя, особенно при проведении работ с разбавленными кислотами: при высокой температуре. Например, Зангер и Томпсон /57/ нашли, что при 110СвО,1 н. НС1 глицил-валин частично превращается в валил-глицин. В меньшей степени этого можно опасаться в случае обычно применяемых концентрированных кислот и при работе на холоде. Однако даже и здесь желательно удостовериться в полном отсутствии изменений.
Координационные равновесия в системе никель (II) 13,Е-а-аланил~0,Ь-валин в водных растворах
В литературе имеются данные по константам образования комплексов иона никеля (II) с дипептидом /64/. Эти исследования были проведены группой ученых под руководством академика В.И.Спицина. Они использовали хроматографически чистые дипептиды фирмы «Reanal» (Венгрия). Эти пептиды предварительно высушивались в вакуумном сушильном шкафу при70С до постоянной массы. Потенциометрическим методом были определены константы устойчивости комплексов иона никеля (II) с рядом дипептидов, Титровали растворы с соотношениями металла к лиганду, равными 1:2, 1:3, 1:4, 1:5. Минимальное содержание лиганда составляло 0,01 моль/л.. Потенциометрическое титрование проводили на рН-метре ЛПУ-01 со стеклянными насыщенным хлорсе-ребряным электродом в атмосфере азота. Титруемый раствор интенсивно перемешивался магнитной мешалкой и барботированием азота. Ступенчатое образование комплексов описывалось равновесиями следующего типа: Me2+ + L = MeL+(K,) и MeL+ + I/= MeL2 (К2) Значения констант для этих процессов рассчитывали по уравнению предложенному Ирвингом и Россоти: n/ {(n-l)[L"]} = { (2-п) - [L-] У (п-1)}- р2-К,. где п- функция образования Бьеррума; [L ] - равновесная концентрация лиганда, р\ К-К2. Константы устойчивости К] и KS находили алгебраическим методом. наименьших квадратов. Величины, полученные авторами для DL-a-ала-нил-ОЬ-валина, составили lgK=3,53±0,02, а lgp\ =6,74±0,02. Исследования были выполнены при температуре 25±0,03С и ионной силе раствора 0,12 (NaCI). И хотя это единственная работа, однако, в связи с тем, что работа выполнена на достаточно высоком экспериментальном уровне, можно полагать, что полученные значения термодинамических констант устойчивости комплексов никеля (II) с ОЬ-а-аланил-ОЬ-валином, надежны и могут быть использованы нами для дальнейших расчетов.
На основании имеющихся значений констант устойчивости была построена диаграмма координационных и протолитических равновесий в системе БЬ-а-аланил-ОЬ-валин-никель (II). Для этого выполнили ряд математических расчетов с использованием компьютерной программы "RRSU". На основании результатов расчета строились зависимости равновесной концентрации частицы в растворе от рН, при соотношениях [металл]:[лиганд] =1:1,1:2 и 1:5 .
Исходя из приведенных зависимостей (рис 1.8-1.10), можно отметить следующие; при всех исследованных соотношениях [металл]: [лиганд] в растворе, содержащем ОЬ-а-аланил-БЬ-валин, наблюдается образование комплекса состава NiAla-Val при рН 4.0, а при рН 6.0 в растворе одновременно присутствуют комплексы состава NiAla-Val и Ni(Ala-Val)2; как можно видеть, в отличие от систем, содержащих комплексы никеля (II) с аминокислотами, данная система имеет более сложные зависимости равновесных концентраций частиц от рН раствора. Как правило в системе, где в качестве лиганда выступает депротанированный анион аминокислоты, можно выделить такую область рН, где доминирует одна из комплексных частиц, в нашем случае таких областей выделить нельзя; необходимо также заметить, что независимо от соотношения [металл]:[лиганд] в растворе присутствует заметная концентрация NiOH+ (для соотношения [металл]:[лиганд] =1:2). При уменьшении концентрации нитрата никеля (II) гидроксокомплекс образуется в более щелочной области и его равновесная концентрация значительно уменьшается. Образование гидрокомплекса NiOH наблюдается при рН 8.0 для соотношений [металл]:[лиганд] =1:2 и при рН 9.0, для соотношения [металл]:[лиганд] =1:5. Возможность присутствия гидроксо-комплекса значительно усложняет проведение термохимического эксперимента.
Таким образом, для нахождения тепловых эффектов комплексообразо-вания в системе никель(Н)-дипептид целесообразно проводить измерения при нескольких соотношениях [металл]:[лиганд] и при рН не более 9.0. В результате компьютерного моделирования равновесий были подобраны оптимальные концентрационные условия определения энтальпий образования никелевых комплексов ОЬ-а-аланил-ОЬ-валина в водном растворе. 1.6. УСТОЙЧИВОСТЬ КОМПЛЕКСОВ НИКЕЛЯ (II) С а-АЛА-ІІИІІОМ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ. В водном растворе ион никеля (II) с а-аланином образуют комплексные частицы состава NiAla+, NiAla2, NiAla3 . Литературные данные по константам устойчивости комплексов иона никеля(П) с а-аланином приведены в таблице .1.7.
Наиболее ранняя работа, посвященная определению констант устойчивости комплексов иона никеля (II) с а-аланином, относится к 1963году. Ирвинг и Петтит /67/ методом потенциометрического титрования при 293.15 К определили константы устойчивости комплексов иона никеля (II) с а-аланином при значении ионной силы раствора 0,1 (КС1). Препарат а-аланина был получен путем перекристаллизации из водного раствора, а затем высушен до постоянной массы. Авторы работы/67/ приводят следующие значения логарифмов констант устойчивости изучаемых комплексов: lgp]=5,40 и lg(32=9,90.
В 1964 году в работе Мартин и Парис /68/ методом потенциометрического титрования установили возможность образования комплексов никеля с а-аланином следующего состава: NiAla+, NiAla2 и NiAla3+. Исследования выполняли при температуре 25С и значении ионной силы 1,0 на фоне перхлората натрия. Эксперимент проводился при различных соотношениях металл-лиганд: 1:2; 1:3; 1:5; 1:10 концентрации никеля 5,66- 10 "моль/л, и концентрации НСЮ4 10" моль/л. Приводятся следующие значения логарифмов констант образования изучаемых комплексов: lgp]=5,40; lgpV=9,91 и lgj33=13,02. Работа Джокли /69/ выполнена в 1964 году, потенциометрическим методом были определены константы устойчивости комплексов никеля с а-аланином. Автор отмечает возможность протекания в изучаемой системе следующих реакций: Ni + + Ala" = NiAla+ Ni2+ + 2Ala = NiAJa2 Ni2++3Ala=NiAla3 Исследования проводились при 293,15К при ионной силе раствора 0,1, в качестве фонового электролита был выбран нитрат калия. Значения логарифмов констант образования комплексов в исследованной системе: Ig(3,=6,00; lgpy=10,30 и Igpy= 13,20. В 1965 году /70/ Шарма и Мафук потенциометрическим методом на фоне хлорида калия при ионной силе 0,2 и температурах 298,15К, 288,15 и 313,15К определили константы образования комплексов никеля с а-аланином. При этом учитывали образование только двух комплексов состава NiAla+, NiAla2: lgPt-5,53; lgp2=9,98. Также в работе /68/ приводится тепловой эффект образования комплексов состава: NiAla+ AcomPH(NiAla+)= -18,48 кДж/моль и NiAla3 ДсотрН (NiAla2)=-38,5 кДж/моль.
Методика проведения и расчета калориметрического опыта
В реакционный стакан калориметра калиброванной пипеткой вместимостью 50,06 мл заливали раствор одного из компонентов реакции. Второй компонент помещали в стеклянную ампулу. Запаянную ампулу закрепляли в держателе мешалки и реакционный стакан закрывали крышкой.. После того, как накидная гайка была завернута, калориметрическую ячейку помещали в водяной термостат для установления заданной температуры. Увеличение скорости подъема температуры в реакционном стакане до температуры; проведения1 опыта, достигалось включением калибровочного нагревателя. Перед началом проведения калибровки система выдерживалась 20-25 минут для достижения стационарного режима теплообмена. При этом температура калориметрической ячейки была несколько ниже температуры оболочки. В течение 2-4 минут, записывали предварительный период калибровки (отрезок "ав" на рисунке 2.4.). Далее в течение 15-30 секунд через калибровочный нагреватель пропускали ток (отрезок "be"), после чего записывали заключительный период калибровки (отрезок "cd"). В случае измерения эндоэффектов в точке "d" разбивалась ампула, записывался главный период опыта (отрезок "de") и температурный ход заключительного периода опыта. Затем проводилась вторая калибровка электрическим током. При измерении тепловых эффектов средняя температура в опытах и калибровках оставалась постоянной. Рисунок 2.4. Кривая калориметрического опыта. Отрезок "pk" прямой, проведенной через середину отрезка "be" (точка г) параллельно оси температуры до пересечения с продолжением температурного хода начального и конечного периодов калибровки, будет истинной; величиной перепада температуры с учетом поправки на теплообмен (At) в первой калибровке. Аналогично рассчитывали значения (At) в опыте и во второй калибровке At=Al на рисунке 2.4.
Работа калориметрической: установки была проверена по общепринятым калориметрическим стандартам - теплоте растворения кристаллического хлорида калия в воде и теплоте нейтрализации сильной кислоты сильным- основанием. Препарат КС1 очищали двукратной перекристаллизацией реактива марки "х.ч." из би дистиллята. Перед взятием навесок хлорид калия высушивали в сушильном шкафу при 120 С до постоянной массы. В таблице 2.1. приведены энтальпии растворения КС1 в воде, измеренные при 298,15 К. Согласование экспериментально полученных теплот растворения КС1(К) в воде и теплот нейтрализации сильной кислоты сильным основанием с наиболее надежными литературными данными /86,87/ свидетельствует об отсутствии заметной систематической погрешности в работе калориметрической установки. Таблица 2.1 Теплоты растворения КС1(К) е воде при 298.1SK.
В работе использовали DL-oc-аланил-DL-валин и (3-аланил-р-аланин и DL-a-аланил-Р-аланин — все препараты марки "хроматографически гомогенные" фирмы "ReanaT (Венгрия) без дальнейшей очистки.. Растворы пептидов готовили растворением навесок препаратов в свежеперегнанном бидистилляте непосредственно перед проведением калориметрического опыта. Для поддержания- заданного значения ионной силы применяли перекристаллизованные из бидистиллята UNO3, KNO3 марки "х.ч.". Содержание нитрата лития в исходном препарате контролировалось с помощью ионообменной хроматографии; после пропускания раствора через катионит КУ-2 в ЬҐ-форме,. концентрацию выделившихся ионов водорода определяли алкалиметрически. Для опытов использовали реактивы HNOj, КОН и LiOH, квалификации «х.ч». Бес карбонатную щелочь готовили по методике /88/. Раствор нитрата никеля был приготовлен из перекристаллизованного препарата марки «ч.д.а.». Концентрация раствора устанавливалась комплексонометрически с мурексидом в качестве индикатора в среде аммонийного буфера..
Потенциометрическое титрование проводили в термостатированной ячейке емкостью 50 мл. Для определения концентрации ионов водорода измеряли ЭДС цепи, состоящей из стеклянного электрода ЭСЛ-43-07 и насыщенного хлорсеребряного электрода ЭВЛ-1МЗ. Потенциал стеклянного электрода измеряли потенциометром Р-363/1. В качестве нуль-инструмента был использован рН-метр-милливольтметр рН-340. Точность измерений потенциала составляла ±0,1 мВ. Содержимое потенциометрической ячейки перемешивали с помощью магнитной мешалки. Температуру ячейки и электродов поддерживали с точностью ±0.1 К. Перед опытами и после снятия каждой кривой титрования установку калибровали по стандартным растворам НІЧОз (НС1) и КОН. Схема потенциометрической установки представлена на рис. 3.1.
Аликвоты раствора DL-a-аланил-р-аланина с начальной концентрацией 0,01 моль/л и заданным значением ионной силы помещали в потенциометрическую ячейку. В качестве "фонового-" электролита использовали растворы нитрата калия. Титрование проводили стандартными растворами КОН, содержащими тот же "фоновый" электролит, чтобы избежать изменения ионной силы в процессе титрования за счет разбавления. Концентрации приготовленных растворов исследуемого пептида контролировали потенциометрическим титрованием. Константы изучаемых равновесий DL-a-аланил-р-аланина были определены по результатам отдельных титрований при фиксированном значении ионной силы - 0.5 моль/л.
Термодинамика протолнтических равновесии в водных растворах 0,Ь-а~аланил-р-аланина
В качестве фонового электролита использовали KNO3. Измерение теплот смешения проводили при значениях ионной силы раствора 0.5; 1.0; 1.5 и температуре 298.15 К, В тех же концентрационных и температурных условиях были измерены теплоты разведения пептида в растворе фонового электролита; причем значение рН. раствора электролита составляло 5,7-1,5. 0,40030 6410 2590 8970 -ДтіхНф = Adi3Hcp = -AneutHqj.= 6514±200 25201120 9070±220 Тепловой эффект диссоциации протона аминогруппы DjL-a-аланил-р-аланипа (AdisHfHL )) рассчитывали по уравнению (4.18). Результаты расчета приведены в табл. 4.10. Изменение энтальпии в процессе диссоциации протона карбоксильной группы В,Ь-а-аланил-р-аланина AdisH(H2L+) находили по уравнению (4.20). Равновесный-состав растворов в условиях каждого опыта рассчитывали па PC 486DX2 с использованием программы RRSU/89/.
С целью определения теплового эффекта образования.частицы №А1аг были измерены теплоты взаимодействия раствора, содержащего ионы никеля и аланинат-ионы (в соотношении с :с дь - 1:2.5), с раствором алани-ната калия (около 0.28г, исходная концентрация 1.4696 моль/кг раствора). Тепловые эффекты разведения раствора ICAla были измерены ранее, при определении тепловых эффектов образования комплекса NiAla+. Экспериментальные данные приведены в табл. 5.3.
Опыты проводили при 298.15К и значениях ионной силы 0.5; 1.0 и 1.5 (KN03). Величина рН контролировалась с помощью рН-метра рН-340; близкое совпадение экспериментальной и рассчитанной величины рН (±0.10ч-0.15 ед. рН) свидетельствовало о корректной интерпретации результатов калориметрических измерений. Таблица5.3. Общая концентрация иона никеля, введенная в ампуле, с учетом разбавления до объема калориметрической жидкости; ДгНрь Дг11р2 и ДгНрз - тепловые эффекты образования комплексов состава NiAla4, NiAla2, и NiAla3 соответственно; ДгНц - тепловой эффект протонирования анионной частицы аланина /94/; ArHs - тепловой эффект образования комплекса NiOH+ /97,98/; ArHw - тепловой эффект образования воды из ионов Н+ и ОН /96/. Расчет равновесных составов показал, что при:выбранных концентрационных условиях ион никеля (II) вступает в реакцию (5.3) на 95%, а в реакцию (5.4) - 5%.
Стандартные тепловые эффекты реакций образования аланинатных. комплексов никеля (II) были найдены графической экстраполяцией полученных величин к нулевой ионной силе раствора по уравнению /93/. На рисунке 5.1 представлена графическая экстраполяция тепловых эффектов образования комплексов иона никеля (II) с алан и нат-ионом по уравнению (4.13). Как можно видеть, точки удовлетворительно укладываются на прямые, которые отсекают на оси ординат тепловые эффекты образования комплексов никеля (II) с а-аланином при нулевой ионной силе раствора. Оптимальные положения прямых найдены по МНК.
