pKa là gì? Chúng ta đã nghe nói về chỉ số pKa trong hoá học, nhưng chưa rõ ý nghĩa của nó và cách sử dụng đúng không? Hãy khám phá về chỉ số pKa trong bài viết dưới đây.

pKa là gì?

pKa là <b"chỉ số mô tả độ acid của một phân tử cụ thể. Nó đánh giá mức độ mạnh của một acid dựa trên khả năng giữ chặt proton bởi axit Bronsted. Giá trị pKa càng thấp, axit càng mạnh và khả năng tăng proton càng cao.

Ka là hằng số phân ly của acid, đo đạc mức độ phân ly hoàn toàn của một acid trong dung dịch nước. Giá trị Ka càng lớn, axit càng mạnh vì phân ly thành ion nhanh và có giá trị pKa thấp hơn. Mối quan hệ giữa pKa và Ka được mô tả bằng phương trình sau:

pKa = -log [Ka]

Hằng số phân ly axit (pKa) có vai trò quan trọng trong hiểu các phản ứng cơ bản trong hoá học. Những giá trị này cho biết trạng thái deproton hóa của một phân tử trong dung môi cụ thể. Nhiều nghiên cứu tập trung vào việc tính toán giá trị pKa cho các loại phân tử khác nhau bằng các phương pháp lý thuyết.

Công thức tính pKa

Hãy xem một ví dụ về axit yếu HA trong dung dịch nước:

• HA (axit) + H2O ⇋ H3O+ (aq) + A-(aq) (bazơ liên hợp)

Hằng số phân ly của axit được xác định bởi:

• Ka = [H3O+] [A-] / [HA]
• pKa = -log Ka = -log {[H3O+] [A-] / [HA]}

Trong trường hợp của axit polyprotic, có nhiều hơn một proton phân ly từng bước và tạo ra nhiều hơn một hằng số phân ly và giá trị pKa.

Ví dụ: Axit photphoric có 3 proton, phân ly proton đầu tiên được ký hiệu là Ka1 và các proton tiếp theo có các hằng số phân ly Ka2 và Ka3.

H3PO4 ⇋ H2PO4- + H+

Ka1 = [H2PO4-] [H+] / [H3PO4]

pKa1 = -log Ka1 = -log {[H2PO4-] [H+] / [H3PO4]}

H2PO4- ⇋ HPO4^2- + H+

Ka2 = [HPO4^2-] [H+] / [H2PO4-]

pKa2 = -log Ka2 = -log {[HPO4^2-] [H+] / [H2PO4-]}

HPO4^2- ⇋ PO4^3- + H+

Ka3 = [PO4^3-] [H+] / [HPO4^2-]

pKa3 = -log Ka3 = -log {[PO4^3-] [H+] / [HPO4^2-]}

pKa và pH của dung dịch đệm

Từ phương trình Henderson về dung dịch đệm axit, chúng ta có:

pH = pKa + log {[muối] / [Axit]}

Ứng với tỷ lệ [muối] / [Axit] = 10, ta có:

pH = pKa + 1

Ứng với tỷ lệ [muối] / [Axit] = 1/10, ta có:

pH = pKa – 1

Lưu ý: Từ đó, axit yếu có thể được sử dụng để chuẩn bị dung dịch đệm với giá trị pH nằm trong khoảng từ pKa – 1 đến pKa + 1.

Ví dụ, axit axetic có pKa khoảng 4,8. Do đó, có thể sử dụng để tạo dung dịch đệm với giá trị pH từ 3,8 đến 5,8.

Mối quan hệ giữa pKa và pKb là gì?

Hãy xem một ví dụ về axit yếu HA trong dung dịch nước:

• HA + H2O ⇋ H3O+ (aq) + A-(aq)

Hằng số phân ly của axit được xác định bởi:

• Ka = [H3O+] [A-] / [HA]……… (1)

Bazơ liên hợp A- hoạt động như một bazơ yếu trong nước:

• A- + H2O ⇋ HA + OH-
• Kb = [HA] [OH-] / [A-] …………. (2)

Kết hợp phương trình (1) và (2), ta có:

• Ka x Kb = {[H3O+] [A-] / [HA]} x {[HA] [OH-] / [A-]} = [H3O+] [OH-] = Kw
• Ka x Kb = Kw

Tính logarit âm ở cả hai bên, ta có:

• – log Ka – log Kb = – log Kw
• pKa + pKb = pKw

Bảng giá trị pKa của axit

Dưới đây là bảng giá trị của hằng số phân ly axit (Ka) và pKa ở 25℃.

pKa của thuốc là gì?

Hằng số phân ly axit-bazơ (pKa) của thuốc là một thông số quan trọng ảnh hưởng đến nhiều đặc tính sinh học của dược phẩm. Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về điều này, tỷ lệ chung của các hợp chất không thể ion hóa và ion hóa đối với các chất như thuốc vẫn chưa được biết đến. Hiếm khi biết đến phân bố chung của các giá trị pKa trong các hợp chất axit và bazơ. Nghiên cứu gần đây đã tập trung vào tỷ lệ ion hóa và phân phối pKa. Đồng thời, một tập hợp gồm 582 loại thuốc đã được kiểm tra cẩn thận để đưa ra những quan sát đại diện. Điều này còn được cụ thể hơn khi phân chia các hợp chất thành thuốc tác động vào hệ thần kinh trung ương và thuốc không tác động lên hệ thần kinh trung ương để khám phá sự khác nhau. Thú vị là phân bố pKa cho các axit đơn có sự khác biệt đáng kể giữa các chất tác động lên hệ thần kinh trung ương và không tác động, chỉ có một hợp chất tác động trên hệ thần kinh trung ương có pKa ít hơn 6,1. Các hợp chất cơ bản trong tập hợp tác động lên hệ thần kinh trung ương cũng cho thấy một sự cắt đứt rõ rệt, không có hợp chất nào có pKa trên 10,5.

Phân bố pKa của thuốc phụ thuộc vào hai yếu tố chính. Thứ nhất, điều liên quan đến tính chất và tần suất xuất hiện của các nhóm chức năng thông thường xuất hiện trong các dược phẩm và phạm vi giá trị pKa điển hình của chúng. Thứ hai, liên quan đến mục tiêu sinh học mà các hợp chất này được thiết kế tác động tới.

Ví dụ, nhiều mục tiêu của hệ thần kinh trung ương dựa trên bảy thụ thể protein G kết hợp xuất hiện trên màng tế bào (7TM GPCR) dựa vào axit aspartic quan trọng mà tương tác với hầu hết các ligand. Do đó, amin thường xuất hiện trong các ligand nhắm mục tiêu 7TM GPCR và điều này ảnh hưởng đến pKa của các thuốc chứa các nhóm cơ bản.

Đối với các tập hợp lớn hơn của các hợp chất được sàng lọc, hóa học tổng hợp và thực hiện bởi các nhà hóa học chính có thể ảnh hưởng đến tỷ lệ hợp chất có thể ion hóa và phân bố pKa. Những phát hiện từ nghiên cứu này mở ra những triển vọng trong việc nghiên cứu pKa và có ý nghĩa đối với nghiên cứu khám phá liên quan đến cơ sở dữ liệu doanh nghiệp và bộ sưu tập hợp chất sàng lọc. Hướng dẫn ban đầu đã được đề xuất cho hồ sơ bộ sưu tập hợp chất và sẽ tiếp tục mở rộng khi lĩnh vực nghiên cứu này được phát triển.

Trên đây là tổng hợp thông tin cơ bản về pKa và ý nghĩa của nó trong hoá học và ngành dược phẩm. Hy vọng rằng bài viết này đã giúp bạn giải đáp phần nào những thắc mắc liên quan đến chỉ số pKa là gì.

Xem thêm: HEFC