Moleculaire diagnostiek samenvatting
Lezing 1 en 2
pKa en pH
HA + H2O ⇆ A- + H3O+
[𝐻3 𝑂 + ][𝐻3 𝐶𝐶𝑂𝑂 − ] [𝐻3 𝐶𝐶𝑂𝑂𝐻]
𝐾𝑎 = → [𝐻3 𝑂+ ] = 𝐾𝑎 ∙
[𝐻3 𝐶𝐶𝑂𝑂𝐻] [𝐻3 𝐶𝐶𝑂𝑂 − ]
[𝐻 𝐶𝐶𝑂𝑂 − ]
𝑝𝐻 = 𝑝𝐾𝑎 + 𝑙𝑜𝑔 [𝐻3𝐶𝐶𝑂𝑂𝐻] (Henderson Hasselbalch)
3
𝑝𝐾𝑎 = − log(𝐾𝑎 )
Zuren en basische groepen
Elektronenzuigers zuigen elektronen weg van functionele groepen, waardoor deze meer
geladen worden. Wanneer een groep meer geladen wordt, wordt de pKa lager.
Elektronenzuigers zijn bijvoorbeeld benzeenringen.
1
,Groepen met pKa’s
− NH2 (pKa 5)
− SO2NH (pKa 7)
− COOH (pKa 10)
− NH (pKa 10)
Polariteit
Polariteit zorgt ervoor dat stoffen van de ene fase naar de andere fase kunnen gaan (vast
→ vloeibaar bijv.), waardoor scheidingsmethodes mogelijk zijn.
Vuistregel polariteit:
6 C-stomen met 1 of meer functionele groepen = polair
12 C-atomen met 1 of minder functionele groepen = apolair
Moleculen worden polairder wanneer ze geladen zijn.
Verdelingscoëfficiënt (P of logP) = de verdeling tussen de organische laag en de waterige
laag. Wanneer de verdelingscoëfficiënt hoog is, zit er meer in de organische laag en is het
molecuul dus apolair. Dit komt door: 𝑃 = [𝑆]𝑜𝑟𝑔 ⁄[𝑆]𝑎𝑞 . De verdelingscoëfficiënt is
afhankelijk van de eigenschappen van de stof (analiet), de eigenschappen van de
organische fase en de temperatuur. De verdeling wordt bepaald door hydrofobe
interacties, dipool-dipool interacties, waterstofbruggen en vanderwaalskrachten tussen
de analiet en de fasen.
Bepaling van P
Apolaire stoffen zijn: hexaan, tolueen, diethylether, ethylacetaat, 1-butanol, 1-octanol
(allemaal lichter dan water (dichtheid < 1 kg/l)), chloroform, dichloormethaan en
tetrachloorkoolstof (allemaal zwaarder dan water (dichtheid > 1 kg/l)).
2
, Extractie van een zuur
Zuur:
1. pH is veel lager dan de pKa → zuur is ongeladen (HA) → zuur wil naar de
organische laag (meest efficiënte extractie).
2. pH is hetzelfde als de pKa → het zuur bestaat er in geladen en ongeladen vorm →
ongeladen zuur beweegt naar de organische laag (distributiecoëfficiënt).
3. pH is veel hoger dan de pKa → zuur is geladen (A-) → zuur gaat niet naar de
organische laag.
De pH van de oplossing is dus erg belangrijk voor de extractie van een zuur of een base.
De verdelingscoëfficiënt is niet representatief voor de extractieopbrengst bij situatie 2.
Hierdoor wordt de distributiecoëfficiënt gebruikt (wanneer een stof in geladen en
ongeladen vorm voorkomt in het mengsel dus): 𝐷 = ∑ 𝑐𝑜𝑟𝑔 ⁄∑ 𝑐𝑎𝑞 =
[𝐻𝐴]𝑜𝑟𝑔 + [𝐴− ]𝑜𝑟𝑔 ⁄[𝐻𝐴]𝑎𝑞 + [𝐴− ]𝑎𝑞 = [𝐻𝐴]𝑜𝑟𝑔 ⁄[𝐻𝐴]𝑎𝑞 + [𝐴− ]𝑎𝑞 .
#1 #2 #3
↓
#4
Formule #4:
− Bij een lage pH is [H+] >>> Ka, waardoor 𝐾𝑎 ⁄[𝐻 + ] ≈ 0 en dus log 𝐷 = log 𝑃
− Bij een hoge pH is [H+] <<< Ka, waardoor 𝐾𝑎 ⁄[𝐻 + ] >>> 1 en dus log 𝐷 = log 𝑃 +
𝑝𝐾𝑎 − 𝑝𝐻
3
, pH curve van een zuur, formule van D uitgewerkt. Rechte lijn met helling 0 (lage pH) en
lineaire lijn met helling -1 (hoge pH).
Extractie van een base
Base:
1. pH is veel lager dan de pKa → base is geladen (BH+) → base gaat niet naar de
organische laag.
2. pH is hetzelfde als de pKa → de base bestaat er in geladen en ongeladen vorm →
ongeladen base beweegt naar de organische laag (distributiecoëfficiënt).
3. pH is veel hoger dan de pKa → base is ongeladen (B) → base gaat naar de
organische laag (meest efficiënte extractie).
#2
#1 #3
↓
#4
Formule #4:
− Bij een lage pH is [H+] <<< Ka, waardoor 𝐾𝑎 ⁄[𝐻 + ] >>> 1 en dus log 𝐷 = log 𝑃 −
𝑝𝐾𝑎 + 𝑝𝐻
− Bij een hoge pH is [H+] >>> Ka, waardoor 𝐾𝑎 ⁄[𝐻 + ] ≈ 0 en dus log 𝐷 = log 𝑃
4
Lezing 1 en 2
pKa en pH
HA + H2O ⇆ A- + H3O+
[𝐻3 𝑂 + ][𝐻3 𝐶𝐶𝑂𝑂 − ] [𝐻3 𝐶𝐶𝑂𝑂𝐻]
𝐾𝑎 = → [𝐻3 𝑂+ ] = 𝐾𝑎 ∙
[𝐻3 𝐶𝐶𝑂𝑂𝐻] [𝐻3 𝐶𝐶𝑂𝑂 − ]
[𝐻 𝐶𝐶𝑂𝑂 − ]
𝑝𝐻 = 𝑝𝐾𝑎 + 𝑙𝑜𝑔 [𝐻3𝐶𝐶𝑂𝑂𝐻] (Henderson Hasselbalch)
3
𝑝𝐾𝑎 = − log(𝐾𝑎 )
Zuren en basische groepen
Elektronenzuigers zuigen elektronen weg van functionele groepen, waardoor deze meer
geladen worden. Wanneer een groep meer geladen wordt, wordt de pKa lager.
Elektronenzuigers zijn bijvoorbeeld benzeenringen.
1
,Groepen met pKa’s
− NH2 (pKa 5)
− SO2NH (pKa 7)
− COOH (pKa 10)
− NH (pKa 10)
Polariteit
Polariteit zorgt ervoor dat stoffen van de ene fase naar de andere fase kunnen gaan (vast
→ vloeibaar bijv.), waardoor scheidingsmethodes mogelijk zijn.
Vuistregel polariteit:
6 C-stomen met 1 of meer functionele groepen = polair
12 C-atomen met 1 of minder functionele groepen = apolair
Moleculen worden polairder wanneer ze geladen zijn.
Verdelingscoëfficiënt (P of logP) = de verdeling tussen de organische laag en de waterige
laag. Wanneer de verdelingscoëfficiënt hoog is, zit er meer in de organische laag en is het
molecuul dus apolair. Dit komt door: 𝑃 = [𝑆]𝑜𝑟𝑔 ⁄[𝑆]𝑎𝑞 . De verdelingscoëfficiënt is
afhankelijk van de eigenschappen van de stof (analiet), de eigenschappen van de
organische fase en de temperatuur. De verdeling wordt bepaald door hydrofobe
interacties, dipool-dipool interacties, waterstofbruggen en vanderwaalskrachten tussen
de analiet en de fasen.
Bepaling van P
Apolaire stoffen zijn: hexaan, tolueen, diethylether, ethylacetaat, 1-butanol, 1-octanol
(allemaal lichter dan water (dichtheid < 1 kg/l)), chloroform, dichloormethaan en
tetrachloorkoolstof (allemaal zwaarder dan water (dichtheid > 1 kg/l)).
2
, Extractie van een zuur
Zuur:
1. pH is veel lager dan de pKa → zuur is ongeladen (HA) → zuur wil naar de
organische laag (meest efficiënte extractie).
2. pH is hetzelfde als de pKa → het zuur bestaat er in geladen en ongeladen vorm →
ongeladen zuur beweegt naar de organische laag (distributiecoëfficiënt).
3. pH is veel hoger dan de pKa → zuur is geladen (A-) → zuur gaat niet naar de
organische laag.
De pH van de oplossing is dus erg belangrijk voor de extractie van een zuur of een base.
De verdelingscoëfficiënt is niet representatief voor de extractieopbrengst bij situatie 2.
Hierdoor wordt de distributiecoëfficiënt gebruikt (wanneer een stof in geladen en
ongeladen vorm voorkomt in het mengsel dus): 𝐷 = ∑ 𝑐𝑜𝑟𝑔 ⁄∑ 𝑐𝑎𝑞 =
[𝐻𝐴]𝑜𝑟𝑔 + [𝐴− ]𝑜𝑟𝑔 ⁄[𝐻𝐴]𝑎𝑞 + [𝐴− ]𝑎𝑞 = [𝐻𝐴]𝑜𝑟𝑔 ⁄[𝐻𝐴]𝑎𝑞 + [𝐴− ]𝑎𝑞 .
#1 #2 #3
↓
#4
Formule #4:
− Bij een lage pH is [H+] >>> Ka, waardoor 𝐾𝑎 ⁄[𝐻 + ] ≈ 0 en dus log 𝐷 = log 𝑃
− Bij een hoge pH is [H+] <<< Ka, waardoor 𝐾𝑎 ⁄[𝐻 + ] >>> 1 en dus log 𝐷 = log 𝑃 +
𝑝𝐾𝑎 − 𝑝𝐻
3
, pH curve van een zuur, formule van D uitgewerkt. Rechte lijn met helling 0 (lage pH) en
lineaire lijn met helling -1 (hoge pH).
Extractie van een base
Base:
1. pH is veel lager dan de pKa → base is geladen (BH+) → base gaat niet naar de
organische laag.
2. pH is hetzelfde als de pKa → de base bestaat er in geladen en ongeladen vorm →
ongeladen base beweegt naar de organische laag (distributiecoëfficiënt).
3. pH is veel hoger dan de pKa → base is ongeladen (B) → base gaat naar de
organische laag (meest efficiënte extractie).
#2
#1 #3
↓
#4
Formule #4:
− Bij een lage pH is [H+] <<< Ka, waardoor 𝐾𝑎 ⁄[𝐻 + ] >>> 1 en dus log 𝐷 = log 𝑃 −
𝑝𝐾𝑎 + 𝑝𝐻
− Bij een hoge pH is [H+] >>> Ka, waardoor 𝐾𝑎 ⁄[𝐻 + ] ≈ 0 en dus log 𝐷 = log 𝑃
4
