Quantitative Analyse von Arzneistoff-Membran-Wechselwirkungen ...

Potentiometrischen Bestimmung von Verteilungskoeffizienten
3 Potentiometrische Bestimmung von Verteilungskoeffizienten
3.1 Theoretische Grundlagen
3.1.1 Die Dissoziationskonstanten
Der Mikrotitrator PCA 101 von Sirius Analytical Instruments (SIRIUS) wurde in Rahmen dieser
Dissertation zur potentiometrischen Bestimmung von Dissoziationskonstanten (pKa-Wert) und von
Verteilungskoeffizienten verwendet (Avdeef und Burcher 1978; Avdeef 1992; Avdeef et al. 1993;
Avdeef 1993; Slater et al. 1993; Takács-Novák et al. 1994; Sirius Analytical Instruments 1994;
Avdeef et al. 1995; Avdeef et al. 1996; Avdeef 1996; Takács-Novák und Avdeef 1996; Avdeef et al.
1998). Nach dem Massenwirkungsgesetz ist die Dissoziationskonstante einer Säure (Ka) für wässrige
Lösungen definiert als:
c ⋅c
Ka =
c ⋅c
A H3O − +
HO 2
HA
11
Gl. 1
Sie wird üblicherweise in einer logarithmierten Form angegeben, pKa = - logKa. Für unendlich
verdünnte Lösungen gilt die Henderson-Hasselbalch’sche Gleichung, nach der der pKa-Wert dem
pH-Wert entspricht, wenn zwei korrespondierende Reaktionspartner in gleicher Konzentration in
Lösung vorliegen.
pH p a + log Gl. 2
c −
A
= K
c
HA
Die Dissoziationskonstante weist den Ionisierungsgrad einer dissoziierbaren Verbindung bei einem
bekannten pH-Wert aus. Für eine basische Verbindung sind die Gl. 1 und 2 ebenso gültig, wenn für
- die Konzentration der dissoziierten Säure cA die Konzentration der Neutralform der Base cB und für
+
die Konzentration der undissoziierten Säure cHA die protonierte Form der Base cBH eingesetzt
werden. Die Bestimmung von pKa-Werten mittels potentiometrischer Titration setzt die Löslichkeit
des Stoffes in Wasser oder wässrigen Systemen voraus, wobei eine Mindestlöslichkeit von 10 -4 M
vorhanden sein muß (Sirius Analytical Instruments 1994). Da Ionenstärke und Ionenbeweglichkeit
erheblich die Titration einer extrem geringen Menge an Substanz beeinflussen, wurde bei einer
konstanten Ionenstärke in 0.15 molarer KCl-Lösung gearbeitet, wobei die Salzkonzentration um den
Faktor 10 bis 100 größer sein soll als die Substanzkonzentration. Hat eine Substanz eine zu geringe
Löslichkeit in diesem wässrigen Medium, bietet das Gerät die Möglichkeit, Lösungsvermittler
(Kosolventien) einzusetzen. Beim Zusatz der Kosolventien Methanol oder 1,4-Dioxan (Dioxan)
verringert sich die Dielektrizitätskonstante des Lösungsmittels. Durch Extrapolation auf ein Kosolvent
freies wässriges System wird der wirkliche pKa-Wert einer Verbindung zugänglich. Die Yasuda-
Shedlovsky-Gleichung beschreibt die lineare Abhängigkeit der Größe des messbaren pKa-Wertes bei
einem bestimmten Kosolvent/Wasser-Verhältnis (psKa-Wert) von der Wasserkonzentration und der
Dielektrizitätskonstante in dem verwendeten Gemisch (Yasuda 1959; Shedlovsky 1962):
psKa + log [H2O] = a + b/0 Gl. 3
Typisch für Basen ist ein negativer Anstieg der Regressionsgeraden. Die Gültigkeit der Yasuda-
Shedlovsky-Extrapolation wurde von SIRIUS überprüft (Sirius Analytical Instruments 1994). Im