图文教程:化合物随pH值变化的形态分布图绘制

科学   2022-04-09 21:27  

 



之前在“Visual MINTEQ”的推送中说到我本是想实现某抗生素在不同pH下分布状态与系数的计算,但是Visual MINTEQ并不能直接帮我解决这事。经过搜索,在某篇文献中看到了相关的计算实例,发现这个计算和分析化学中“多元弱酸的分布系数计算”基本上是一样的(当时真是灯下黑!自己学过的哇)。那么此事就好解决了! 





实例1




 来自哈工大马军院士组的文章“Activation of peroxymonosulfate by microwave irradiation for degradation of organic contaminants


Fig. S5 Distribution of different species of BPA and PMS under various pH values


Bis(OH)2 ↔ Bis(OH)(O)- + H+, Ka1 = [Bis(OH)(O)-][H+]/[Bis(OH)2]

Bis(OH)(O)- ↔ Bis(O2)2- + H+, Ka2 = [Bis(O2)2-][H+]/[Bis(OH)(O)-]

HSO5- ↔ SO52- + H+, Ka3 = [SO52-][H+]/[ HSO5-]


pKa1 = –lg([Bis(OH)(O)-]) – lg([H+]) + lg([Bis(OH)2]) = 9.6  (1)

pKa2 = –lg([Bis(O2)2-]) – lg([H+]) + lg([Bis(OH)(O)-]) = 10.2 (2)

[Bis(OH)2] + [Bis(OH)(O)-] + [Bis(O2)2-] = 1 (3)

pKa3 = –lg([SO52-]) – lg([H+]) + lg([HSO5-]) = 9.4 (4)

[SO52-] + [HSO5-] = 1 (5)


Solving equations (1)-(3) and (4)-(5), we can obtain the relative content of BPA and PMS species as following:

[Bis(OH)2] = 1019.8–2pH/(1 + 1010.2–pH + 1019.8–2pH)

[Bis(OH)(O)-] = 1010.2–pH/(1 + 1010.2–pH + 1019.8–2pH)

[Bis(O2)2-] = 1/(1 + 1010.2–pH + 1019.8–2pH)

[SO52-] = 1/(1 + 109.4–pH)

[HSO5-] = 109.4–pH/(1 + 109.4–pH)



实例1中的计算其实就是二元弱酸分布系数的计算方式,相当于解三元一次方程(但其中带有lg,计算起来会麻烦一点)。而如果涉及到三元或者多元弱酸的分布系数计算,不套用公式的话,会算得头大…


 



多元有机化合物形态分布计算实例




下面我举例介绍下实例展示下通过酸碱分配系数方程计算有机化合物(比如抗生素)随pH值的分布比例。(以下教程需要你提前获得该化合物的Ka值,对于未知的,只能通过某些软件计算出该化合物的模拟Ka值再进行绘图,本教程不提供软件计算。)

例子:


盐酸土霉素随pH变化的形态分布


需要实现结果:



现有数据:pKa1: 3.27, pKa2: 7.32, and pKa3: 9.11 for OTC*

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