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Laboratório de Química Física Biológica Licenciatura em Bioquímica 2012/2013

Titulação potenciométrica de uma solução de glicina. Identificação dos valores de pKa por blocagem do grupo amino TRABALHO PRÁTICO 3

26 de abril de 2013

Henrique Silva Fernandes João Manuel Rodrigues Ricardo Jorge Almeida

Henrique Fernandes, João Rodrigues e Ricardo Almeida

Laboratório de Química Física Biológica Licenciatura em Bioquímica 2012/2013

Objectivo Com este trabalho pretende-se determinar experimentalmente os valores de pKa para o catião glicínio, recorrendo a uma titulação potenciométrica com uma solução aquosa de NaOH e outra de HCl.

Dados 

=

0 1115 mol dm ,

!"#$çã! !" !"#$#%&

=

!!

25 00 ,

cm

!!

Resultados Titulação volumétrica da solução aquosa de NaOH Procedeu-se à padronização da solução aquosa de NaOH por titulação !! ), os 0 1115 mol dm volumétrica com uma solução padrão de HCl (  resultados obtidos encontram-se organizados na Tabela 1. =

,

Tabela 1 — Resultados respeitantes à titulação volumétrica da solução aquosa de NaOH 3 V HCl HCl /cm

|HCl| /mol dm-3

V eq. (1)/cm3 eq. (1)/cm

V eq. (2)/cm3 eq. (2)/cm

15,00±0,03

0,1115

16,21±0,04

16,17±0,04

Henrique Fernandes, João Rodrigues e Ricardo Almeida

V eq. eq. (médio)/cm (médio)/cm3 16,19±0,04

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Titulação potenciométrica da solução aquosa de glicina Procedeu-se à titulação potenciométrica de uma solução aquosa de glicina com uma solução aquosa de NaOH de concentração 0,1033 mol dm -3. Os resultados encontram-se organizados na Tabela 2. Foi titulado um volume de 25,00 cm 3 da solução aquosa de glicina.

Tabela 2 — Resultados experimentais respeitantes à titulação potenciométrica da solução de glicina com uma solução de NaOH. 3

VNaOH/cm

pH

0 ,0 0 0 ,1 1 0 ,0 9 0 ,1 1 0 ,0 9 0 ,1 2 0 ,0 8 0 ,1 0 0 ,1 3 0 ,0 7 0 ,2 1 0 ,0 9 0 ,1 1 0 ,0 8 0 ,2 1 0 ,2 1 0 ,1 9 0 ,2 0 0 ,2 0 0 ,2 0 0 ,1 8 0 ,2 1 0 ,1 9 0 ,2 0 0 ,1 0 0 ,1 2 0 ,1 1 0 ,1 1 0 ,1 0 0 ,1 7 0 ,1 0

6 ,7 4 7 ,8 0 7 ,9 8 8 ,2 2 8 ,4 2 8 ,5 3 8 ,6 2 8 ,6 8 8 ,7 8 8 ,8 0 8 ,9 2 8 ,9 4 8 ,9 8 9 ,0 1 9 ,0 9 9 ,1 5 9 ,2 0 9 ,2 4 9 ,2 9 9 ,3 4 9 ,3 7 9 ,4 1 9 ,4 4 9 ,4 9 9 ,5 0 9 ,5 2 9 ,5 4 9 ,5 6 9 ,5 7 9 ,6 0 9 ,6 1

3

VNaOH/cm 0 ,2 1 0 ,1 9 0 ,2 0 0 ,2 0 0 ,2 6 0 ,1 7 0 ,2 8 0 ,3 1 0 ,2 7 0 ,3 0 0 ,2 9 0 ,3 0 0 ,2 0 0 ,2 4 0 ,1 8 0 ,3 2 0 ,2 9 0 ,2 1 0 ,1 9 0 ,3 1 0 ,1 8 0 ,2 3 0 ,1 8 0 ,1 9 0 ,2 1 0 ,4 0 0 ,4 0 0 ,2 0 0 ,0 9 0 ,2 1 0 ,1 9

pH 9 ,6 5 9 ,6 8 9 ,7 0 9 ,7 4 9 ,7 7 9 ,7 9 9 ,8 4 9 ,8 8 9 ,9 2 9 ,9 5 9 ,9 9 1 0 ,0 4 1 0 ,0 6 1 0 ,1 0 1 0 ,1 2 1 0 ,1 8 1 0 ,2 1 1 0 ,2 5 1 0 ,2 8 1 0 ,3 3 1 0 ,3 6 1 0 ,4 0 1 0 ,4 3 1 0 ,4 6 1 0 ,5 0 1 0 ,5 9 1 0 ,6 8 1 0 ,7 4 1 0 ,7 5 1 0 ,8 1 1 0 ,8 7

3

VNaOH/cm 0 ,1 2 0 ,1 7 0 ,1 1 0 ,1 2 0 ,1 7 0 ,1 0 0 ,1 1 0 ,1 0 0 ,1 4 0 ,2 6 0 ,1 9 0 ,1 5 0 ,2 6 0 ,1 9 0 ,2 0 0 ,2 1 0 ,2 3 0 ,1 7 0 ,2 0 0 ,3 1 0 ,2 8 0 ,3 2 0 ,3 1 0 ,4 8 0 ,5 0

Henrique Fernandes, João Rodrigues e Ricardo Almeida

pH 10,90 10,94 10,97 11,03 11,10 11,11 11,17 11,22 11,27 11,36 11,43 11,49 11,56 11,61 11,65 11,71 11,76 11,80 11,83 11,88 11,91 11,96 11,99 12,03 12,08

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Posteriormente procedeu-se ao mesmo tipo de ensaio, no entanto utilizou-se uma solução aquosa de HCl como titulante. Os resultados experimentais obtidos para a titulação potenciométrica em causa, encontram-se organizados na tabela 3.

Tabela 3 — Resultados experimentais respeitantes à titulação potenciométrica da solução de glicina com uma solução de HCl. 3

VHCl/cm

pH

0 ,0 0 0 ,3 6 0 ,1 9 0 ,2 0 0 ,2 1 0 ,2 3 0 ,2 2 0 ,1 4 0 ,3 6 0 ,2 0 0 ,2 3 0 ,1 7 0 ,2 6 0 ,2 0 0 ,1 7 0 ,1 9 0 ,2 1 0 ,2 8 0 ,1 8 0 ,2 2 0 ,3 3

6 ,7 8 3 ,9 4 3 ,7 2 3 ,5 6 3 ,4 4 3 ,3 4 3 ,2 7 3 ,2 1 3 ,1 2 3 ,0 6 3 ,0 0 2 ,9 7 2 ,9 2 2 ,8 9 2 ,8 5 2 ,8 1 2 ,7 8 2 ,7 4 2 ,7 1 2 ,6 7 2 ,6 3

3

VHCl/cm 0 ,2 8 0 ,2 2 0 ,2 6 0 ,2 5 0 ,2 5 0 ,4 0 0 ,2 3 0 ,4 9 0 ,3 8 0 ,3 1 0 ,2 2 0 ,2 6 0 ,3 3 0 ,2 8 0 ,2 6 0 ,2 5 0 ,3 1 0 ,3 0 0 ,3 8 0 ,2 3 0 ,2 6

pH 2 ,5 9 2 ,5 6 2 ,5 3 2 ,5 0 2 ,4 8 2 ,4 3 2 ,3 9 2 ,3 5 2 ,3 2 2 ,2 8 2 ,2 7 2 ,2 4 2 ,2 1 2 ,1 8 2 ,1 6 2 ,1 4 2 ,1 2 2 ,0 9 2 ,0 6 2 ,0 4 2 ,0 3

3

VHCl/cm 0 ,4 3 0 ,4 9 0 ,3 1 0 ,5 0 0 ,2 7 0 ,3 3 0 ,3 7 0 ,3 8 0 ,3 0 0 ,3 5 0 ,3 5 0 ,6 3 0 ,4 3 0 ,4 9 0 ,7 8 0 ,6 1 0 ,5 4 0 ,4 9

pH 2,00 1,97 1,94 1,91 1,90 1,88 1,85 1,84 1,82 1,81 1,79 1,76 1,74 1,72 1,69 1,67 1,65 1,64

Por fim procedeu-se à blocagem do grupo amino da glicina com aldeído fórmico e repetiu-se a titulação potenciométrica com a solução aquosa de NaOH, os resultados experimentais respeitantes a este ensaio encontram-se organizados na Tabela 4. A blocagem do grupo amino foi conseguida por adição de um volume aproximado de 1 cm 3 de uma solução de aldeído fórmico a 40%, previamente neutralizado com uma solução de NaOH, a 25,00 cm 3 da solução aquosa de glicina.

Henrique Fernandes, João Rodrigues e Ricardo Almeida

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Tabela 4 — Resultados experimentais respeitantes à titulação potenciométrica da solução de glicina com o grupo amino bloqueado por prévia adição de aldeído fórmico, com uma solução de NaOH. 3

VNaOH/cm

pH

0 ,0 0 0 ,2 0 0 ,2 9 0 ,1 4 0 ,1 8 0 ,1 8 0 ,2 2 0 ,1 9 0 ,2 9 0 ,2 0 0 ,2 2 0 ,1 5 0 ,2 4 0 ,1 9 0 ,3 0 0 ,1 3 0 ,1 8 0 ,2 0 0 ,3 0 0 ,3 0 0 ,2 0 0 ,2 3 0 ,2 4 0 ,3 4 0 ,2 1

5 ,5 4 5 ,6 9 5 ,8 7 5 ,9 4 6 ,0 2 6 ,0 7 6 ,1 3 6 ,1 8 6 ,2 5 6 ,3 0 6 ,3 5 6 ,3 8 6 ,4 3 6 ,4 7 6 ,5 1 6 ,5 7 6 ,6 0 6 ,6 3 6 ,7 0 6 ,7 6 6 ,8 0 6 ,8 6 6 ,9 0 6 ,9 8 7 ,0 2

3

VNaOH/cm 0 ,4 8 0 ,4 1 0 ,2 9 0 ,4 9 0 ,3 2 0 ,4 8 0 ,2 7 0 ,2 5 0 ,3 0 0 ,2 2 0 ,3 7 0 ,2 0 0 ,4 0 0 ,4 3 0 ,4 0 0 ,1 9 0 ,1 7 0 ,2 0 0 ,2 2 0 ,2 2 0 ,1 6 0 ,1 1 0 ,1 9 0 ,1 1 0 ,1 8

pH 7 ,1 2 7 ,2 1 7 ,3 0 7 ,3 8 7 ,4 6 7 ,5 7 7 ,6 4 7 ,7 0 7 ,7 8 7 ,8 4 7 ,9 5 8 ,0 0 8 ,1 3 8 ,3 0 8 ,4 5 8 ,5 4 8 ,6 1 8 ,7 3 8 ,9 0 9 ,0 9 9 ,2 3 9 ,3 5 9 ,7 1 9 ,8 0 1 0 ,1 6

3

VNaOH/cm 0 ,1 2 0 ,1 1 0 ,1 8 0 ,1 1 0 ,1 0 0 ,0 9 0 ,2 1 0 ,3 8 0 ,1 2 0 ,2 0 0 ,3 3 0 ,1 7 0 ,4 0 0 ,4 1 0 ,4 0 0 ,3 3 0 ,3 8 0 ,3 6 0 ,2 0 0 ,3 8 0 ,5 2 0 ,2 4 0 ,3 8

Henrique Fernandes, João Rodrigues e Ricardo Almeida

pH 10,29 10,40 10,57 10,62 10,68 10,73 10,84 10,96 10,99 11,04 11,13 11,15 11,22 11,29 11,34 11,38 11,42 11,44 11,46 11,50 11,53 11,55 11,57

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Tratamento de Resultados Determinação da concentração da solução aquosa de NaOH A concentração da solução aquosa de NaOH é determinada com base na equação 1 e nos valores sumariados na Tabela 1. 

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(1)

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Não foi calculado o erro associado à determinação da concentração da solução aquosa de NaOH, por falta de informação relativa ao erro associado à concentração da solução aquosa de HCl utilizada.

Traçado gráfico das curvas potenciométricas e determinação dos valores de pKa para o catião glicínio Foram traçadas as curvas das titulações potenciométricas do pH em função da quantidade química de H+ adicionada à solução de glicina (nH+) e pH em função da quantidade química de OH - (nOH-) adicionada à solução. As quantidades químicas foram calculadas com base na equação 2 e 3 respectivamente, e os resultados encontram-se sumariados nas Tabelas 5, 6 e 7. 

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Henrique Fernandes, João Rodrigues e Ricardo Almeida

(2) (3)

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Tabela 5 — Valores referentes à quantidade química de OH -, proveniente da solução aquosa de NaOH, adicionada à solução de glicina e respectivo valor de pH da solução de glicina.

pH

nOH-/mmol

pH

nOH-/mmol

pH

nOH-/mmol

6 ,7 4 7 ,8 0 7 ,9 8 8 ,2 2 8 ,4 2 8 ,5 3 8 ,6 2 8 ,6 8 8 ,7 8 8 ,8 0 8 ,9 2 8 ,9 4 8 ,9 8 9 ,0 1 9 ,0 9 9 ,1 5 9 ,2 0 9 ,2 4 9 ,2 9 9 ,3 4 9 ,3 7 9 ,4 1 9 ,4 4 9 ,4 9 9 ,5 0 9 ,5 2 9 ,5 4 9 ,5 6 9 ,5 7

0 ,0 0 0 0 ,0 1 1 0 ,0 2 1 0 ,0 3 2 0 ,0 4 1 0 ,0 5 4 0 ,0 6 2 0 ,0 7 2 0 ,0 8 6 0 ,0 9 3 0 ,1 1 5 0 ,1 2 4 0 ,1 3 5 0 ,1 4 4 0 ,1 6 5 0 ,1 8 7 0 ,2 0 7 0 ,2 2 7 0 ,2 4 8 0 ,2 6 9 0 ,2 8 7 0 ,3 0 9 0 ,3 2 8 0 ,3 4 9 0 ,3 5 9 0 ,3 7 2 0 ,3 8 3 0 ,3 9 5 0 ,4 0 5

9 ,6 0 9 ,6 1 9 ,6 5 9 ,6 8 9 ,7 0 9 ,7 4 9 ,7 7 9 ,7 9 9 ,8 4 9 ,8 8 9 ,9 2 9 ,9 5 9 ,9 9 1 0 ,0 4 1 0 ,0 6 1 0 ,1 0 1 0 ,1 2 1 0 ,1 8 1 0 ,2 1 1 0 ,2 5 1 0 ,2 8 1 0 ,3 3 1 0 ,3 6 1 0 ,4 0 1 0 ,4 3 1 0 ,4 6 1 0 ,5 0 1 0 ,5 9 1 0 ,6 8

0,422 0,433 0,455 0,474 0,495 0,515 0,542 0,560 0,589 0,621 0,649 0,680 0,710 0,741 0,761 0,786 0,805 0,838 0,868 0,889 0,909 0,941 0,960 0 ,9 8 3 4 1,002 1,022 1,043 1,085 1,126

10,74 10,75 10,81 10,87 10,90 10,94 10,97 11,03 11,10 11,11 11,17 11,22 11,27 11,36 11,43 11,49 11,56 11,61 11,65 11,71 11,76 11,80 11,83 11,88 11,91 11,96 11,99 12,03 12,08

1 ,1 4 7 1 ,1 5 6 1 ,1 7 8 1 ,1 9 7 1 ,2 1 0 1 ,2 2 7 1 ,2 3 9 1 ,2 5 1 1 ,2 6 9 1 ,2 7 9 1 ,2 9 0 1 ,3 0 1 1 ,3 1 5 1 ,3 4 2 1 ,3 6 1 1 ,3 7 7 1 ,4 0 4 1 ,4 2 3 1 ,4 4 4 1 ,4 6 6 1 ,4 9 0 1 ,5 0 7 1 ,5 2 8 1 ,5 6 0 1 ,5 8 9 1 ,6 2 2 1 ,6 5 4 1 ,7 0 3 1 ,7 5 5

Henrique Fernandes, João Rodrigues e Ricardo Almeida

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Tabela 6 — Valores referentes à quantidade química de H +, proveniente da solução aquosa de HCl, adicionada à solução de glicina e respectivo valor de pH da solução de glicina.

pH

nH+/mmol

pH

nH+/mmol

pH

nH+/mmol

6 ,7 8 3 ,9 4 3 ,7 2 3 ,5 6 3 ,4 4 3 ,3 4 3 ,2 7 3 ,2 1 3 ,1 2 3 ,0 6 3 ,0 0 2 ,9 7 2 ,9 2 2 ,8 9 2 ,8 5 2 ,8 1 2 ,7 8 2 ,7 4 2 ,7 1 2 ,6 7

0 ,0 0 0 0 ,0 4 0 0 ,0 6 1 0 ,0 8 4 0 ,1 1 0 ,1 3 3 0 ,1 5 7 0 ,1 7 3 0 ,2 1 3 0 ,2 3 5 0 ,2 6 1 0 ,2 8 0 0 ,3 0 9 0 ,3 3 1 0 ,3 5 0 0 ,3 7 1 0 ,3 9 5 0 ,4 2 6 0 ,4 4 6 0 ,4 7 1

2 ,6 3 2 ,5 9 2 ,5 6 2 ,5 3 2 ,5 0 2 ,4 8 2 ,4 3 2 ,3 9 2 ,3 5 2 ,3 2 2 ,2 8 2 ,2 7 2 ,2 4 2 ,2 1 2 ,1 8 2 ,1 6 2 ,1 4 2 ,1 2 2 ,0 9 2 ,0 6

0 ,5 0 7 0 ,5 3 9 0 ,5 6 3 0 ,5 9 2 0 ,6 2 0 0 ,6 4 8 0 ,6 9 2 0 ,7 1 8 0 ,7 7 3 0 ,8 1 5 0 ,8 5 0 0 ,8 7 4 0 ,9 0 3 0 ,9 4 0 0 ,9 7 1 1 ,0 0 1 ,0 3 1 ,0 6 1 ,1 0 1 ,1 3 8

2 ,0 4 2 ,0 3 2 ,0 0 1 ,9 7 1 ,9 4 1 ,9 1 1 ,9 0 1 ,8 8 1 ,8 5 1 ,8 4 1 ,8 2 1 ,8 1 1 ,7 9 1 ,7 6 1 ,7 4 1 ,7 2 1 ,6 9 1 ,6 7 1 ,6 5 1 ,6 4

1,164 1,193 1,241 1,296 1,330 1,386 1,416 1,453 1,494 1,536 1,570 1,609 1,648 1,718 1,766 1,821 1,908 1,976 2,036 2,091

Henrique Fernandes, João Rodrigues e Ricardo Almeida

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Tabela 7 — Valores referentes à quantidade química de OH -, proveniente da solução aquosa de NaOH, adicionada à solução de glicina com o grupo amino bloqueado e respectivo valor de pH da solução.

pH

nOH-/mol

pH

nOH-/mol

pH

nOH-/mol

5 ,5 4 5 ,6 9 5 ,8 7 5 ,9 4 6 ,0 2 6 ,0 7 6 ,1 3 6 ,1 8 6 ,2 5 6 ,3 0 6 ,3 5 6 ,3 8 6 ,4 3 6 ,4 7 6 ,5 1 6 ,5 7 6 ,6 0 6 ,6 3 6 ,7 0 6 ,7 6 6 ,8 0 6 ,8 6 6 ,9 0 6 ,9 8 7 ,0 2

0 ,0 0 0 0 ,0 2 2 0 ,0 5 5 0 ,0 7 0 0 ,0 9 0 0 ,1 1 0 ,1 3 5 0 ,1 5 6 0 ,1 8 8 0 ,2 1 1 0 ,2 3 5 0 ,2 5 2 0 ,2 7 9 0 ,3 0 0 0 ,3 3 3 0 ,3 4 8 0 ,3 6 8 0 ,3 9 0 0 ,4 2 4 0 ,4 5 7 0 ,4 7 9 0 ,5 0 5 0 ,5 3 2 0 ,5 7 0 0 ,5 9 3

7 ,1 2 7 ,2 1 7 ,3 0 7 ,3 8 7 ,4 6 7 ,5 7 7 ,6 4 7 ,7 0 7 ,7 8 7 ,8 4 7 ,9 5 8 ,0 0 8 ,1 3 8 ,3 0 8 ,4 5 8 ,5 4 8 ,6 1 8 ,7 3 8 ,9 0 9 ,0 9 9 ,2 3 9 ,3 5 9 ,7 1 9 ,8 0 1 0 ,1 6 1 0 ,2 9

0 ,6 4 7 0 ,6 9 2 0 ,7 2 5 0 ,7 7 9 0 ,8 1 5 0 ,8 6 9 0 ,8 9 9 0 ,9 2 7 0 ,9 6 0 0 ,9 8 5 1 ,0 3 1 ,0 5 1 ,0 9 1 ,1 4 1 1 ,1 8 5 1 ,2 0 6 1 ,2 2 5 1 ,2 4 8 1 ,2 7 2 1 ,2 9 7 1 ,3 1 5 1 ,3 2 7 1 ,3 4 8 1 ,3 6 0 1 ,3 8 0 1 ,3 9 4

1 0 ,4 0 1 0 ,5 7 1 0 ,6 2 1 0 ,6 8 1 0 ,7 3 1 0 ,8 4 1 0 ,9 6 1 0 ,9 9 1 1 ,0 4 1 1 ,1 3 1 1 ,1 5 1 1 ,2 2 1 1 ,2 9 1 1 ,3 4 1 1 ,3 8 1 1 ,4 2 1 1 ,4 4 1 1 ,4 6 1 1 ,5 0 1 1 ,5 3 1 1 ,5 5 1 1 ,5 7 1 1 ,5 9

1,406 1,426 1,438 1,450 1,460 1,483 1,525 1,539 1,561 1,598 1,617 1,661 1,707 1,752 1,788 1,831 1,871 1,893 1,936 1,994 2,020 2,063 2,097

A partir dos valores obtidos para as quantidades de H + e OH- adicionados e que se encontram sumariados nas Tabelas 5, 6 e 7 obteve-se o traçado gráfico apresentado na Figura 1.

Henrique Fernandes, João Rodrigues e Ricardo Almeida

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13,00 12,00 11,00 10,00 9,00 8,00

pH

7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 -1,5000

-1,0000

-0,5000

0,0000

nH+/mmmol

0,5000

1,0000

|

1,5000

2,0000

nOH-/mmmol

Figura 1 — Representação gráfica dos valores de pH para a solução de glicina para diferentes adições de H+ (azul); valores de pH para a solução de glicina para diferentes adições de OH - (vermelho); e valores de pH para a solução de glicina com o grupo amino bloqueado para diferentes adições de OH - (verde). Nota: O eixo das abcissas apresenta os valores da quantidade química de OH adicionada para a direita do 0,0000. Enquanto que para a esquerda do 0,0000 tem-se os valores da quantidade química de H + adicionada.

Determinação dos valores de pKa A glicina é o aminoácido mais simples que se pode encontrar na constituição das proteínas animais. A sua estrutura (Figura 2) evidencia a presença de dois grupos com propriedades ácido base, um ácido carboxílico (grupo carboxílico;  —COOH) e uma amina (grupo amino; —NH3). Ambos podem ser desprotonados, sendo Ka1 e Ka2, respectivamente, as constantes de acidez desses grupos. H

H

HO +

N H O

H H

Figura 2 — Estrutura em “cunha-tracejado” do aminoácido glicina Henrique Fernandes, João Rodrigues e Ricardo Almeida

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A glicina, à semelhança de muitos outros aminácidos, apresenta uma forma catiónica, onde tanto o grupo carboxílico, como o grupo amino estão protonados (Hgly+); uma forma zwiteriónica, onde o grupo carboxílico se encontra desprotonado (gly); e uma forma aniónica, onde tanto o grupo carboxílico, como o grupo amino se encontram desprotonados (gly -). O equilíbrio entre as três formas encontra-se representado na Figura 3. -

+

H

HO

H

H

-H+

-

H

H

O

+

N H O

-H+

-

O

N+ H

+

H

H

H

N +

H

H

O

H

O

Glicina

Catião Glicínio

H

H H

Anião Glicinato

Figura 3 — Equilíbrios ácido base para o aminoácido glicina. O ponto isoeléctrico da glicina é de 5,97, pelo que ao pH inicial da solução (6,76), a glicina encontra-se preferencialmente sob a forma zwiteriónica. Assim, quando se procedeu à adição de OH - o equilíbrio é deslocado no sentido da formação de anião glicinato, o contrário acontece com a adição de H+ que desloca o equilíbrio no sentido da formação de catião glicínio. Os valores de pK a podem ser determinados a partir da equação de HendersonHasselbalch (Equação 4). 

=

! +



|!"#$ !"#$%&'('| |Á!"#$ |

(4)

Assim podemos recorrer a esta expressão para determinar os dois valores de pKa, sendo que para o pK a1 temos a expressão 5 e para o pK a2 temos a expressão 6. 

=

!! +





=

!! +



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(5) (6)

Daqui conclui-se que o pH da solução é igual ao valor de pKa1 quando a concentração de glicina (gly) e catião glicínio (Hgly+) estão em iguais quantidades estequimoétricas. Da mesma forma podemos determinar o valor de pKa2 quando as quantidades químicas da glicina (gly) e do anião glicinato (gly-) forem iguais. Para isso procede-se à determinação rigorosa da concentração de glicina na solução, pelo método da segunda derivada aplicado à curva da titulação potenciométrica com NaOH. Os resultados do cálculo da primeira e segunda derivadas estão apresentados na Tabela 8 e o gráfico da segunda derivada

Henrique Fernandes, João Rodrigues e Ricardo Almeida

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(∆2pH/∆2n /mmol-2) em função da quantidade química do OH - é apresentado na Figura 4.

Tabela 8 — Valores de pH da solução de glicina para diferentes adições de OH e respectivas primeira e segunda derivadas. 2

pH

nOH/mmol

∆pH/∆n -1 /mmol

nmédio/mmol

1 0 ,8 1 1 0 ,8 7 1 0 ,9 0 1 0 ,9 4 1 0 ,9 7 1 1 ,0 3 1 1 ,1 0 1 1 ,1 1 1 1 ,1 7 1 1 ,2 2

1,1776200 1,1972470 1,2096430 1,2272040 1,2385670 1,2509630 1,2685240 1,2788540 1,2902170 1,3005470

3 ,0 5 7 0 1 3 3 2 ,4 2 0 1 3 5 5 2 ,2 7 7 7 7 4 6 2 ,6 4 0 1 4 7 8 4 ,8 4 0 2 7 1 1 3 ,9 8 6 1 0 5 6 0 ,9 6 8 0 5 4 2 5 ,2 8 0 2 9 5 7 4 ,8 4 0 2 7 1 1

1 ,1 8 7 4 3 3 5 1 ,2 0 3 4 4 5 0 1 ,2 1 8 4 2 3 5 1 ,2 3 2 8 8 5 5 1 ,2 4 4 7 6 5 0 1 ,2 5 9 7 4 3 5 1 ,2 7 3 6 8 9 0 1 ,2 8 4 5 3 5 5 1 ,2 9 5 3 8 2 0

2

∆ pH/∆ n -2 /mmol

nmédio'/mmol

-

-

- 3 9 ,7 7 6 - 9 ,5 0 4 2 5 ,0 5 7 1 8 5 ,2 0 3 - 5 7 ,0 2 6 - 2 1 6 ,4 1 8 3 9 7 ,5 7 0 - 4 0 ,5 6 8

1 ,1 9 5 1 ,2 1 1 1 ,2 2 6 1 ,2 3 9 1 ,2 5 2 1 ,2 6 7 1 ,2 7 9 1 ,2 9 0

pH/∆2n / mmol-2

∆2

300,000 ∆2pH/∆2n

/mmol-2 = -14400 n OH- + 18024

200,000

100,000

0,000 1,190

1,210

1,230

1,250

1,270

1,290

-100,000

-200,000

nOH-/mmol -300,000

Figura 4 — Representação gráfica dos valores da segunda derivada do pH em ordem à quantidade química para os valores próximos do ponto de equivalência.

Henrique Fernandes, João Rodrigues e Ricardo Almeida

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A partir da equação da reta obtida por regressão linear dos dois pontos escolhidos é possível determinar o número de moles de OH - que reagem com a totalidade dos H+ provenientes da desprotonação do grupo amino da glicina. Igualando a equação da reta a zero, obtém-se que, !" !

=

1 25 mmol ,

Assim, !"#$#%&

=

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!"#$" !" !"#$%&' ê!"#$

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=

, pelo que

0 628 mmol ,

Retomando as equações 5 e 6, verificou-se que o pH é igual aos respectivos pKa quando a quantidade de ácido e da respectiva base conjugada fossem iguais. Ora isso acontece quando se adiciona 0,628 mmol de OH - à glicina, sendo que neste ponto a quantidade de glicina (gly) e anião glicinato (gly -) é a mesma e igual a 0,628 mmol. O mesmo é válido para a titulação com HCl, onde a adição de 0,628 mmol de H + desloca o equilíbrio no sentido de existir em solução iguais quantidades estequiométricas de glicina (gly) e catião glicínio (Hgly+). Usando o valor de 0,28 mmol é possível obter os valores de pKa por interpolação no gráfico da figura 1. A interpolação com os pontos a vermelho permite obter o valor de pH correspondente ao pK a1, enquanto que a interpolação com os valores dos pontos azuis permite obter o valor de pK a2. Para isso procedeu-se ao traçado gráfico de duas retas, recorrendo aos pontos próximos da zona tampão, ou seja, para valores de n (tanto de H + como de OH) próximos de 0,628 mmol (Figura 5). 10,00 9,00

pH = 1,4342 n OH- + 8,9896

8,00 7,00

pH 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 0,619

pH = -0,7175 n H+ + 2,9448 0,629

0,639

nH+/mmol ou nOH-/mmol

Henrique Fernandes, João Rodrigues e Ricardo Almeida

0,649

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Figura 5 — Representação gráfica dos dois pontos, entre os quais os valores de n enquadram o 0,628 mmol. Traçado das respectivas regressões lineares e equações das retas. Os pontos a azul correspondem aos valores de pH da solução de glicina titulada com a solução de HCl, enquanto que os pontos a vermelho, correspondem á titulação com a solução de NaOH. Substituindo os valores de n H+ e nOH- nas respectivas equações é possível obter o valor de pK a1 e pK a2, respectivamente. Os valores encontram-se organizados na tabela 9.

Tabela 9 — Valores de pK a para a glicina obtidos experimentalmente e descritos na literatura. Erro relativo dos valores de pK a determinados experimentalmente, face aos apresentados na literatura. Determinado Experimentalmente 2,49 9,88

pKa1 pKa2

Descrito na Literatura 2,34 [4] 9,60 [4]

Erro (%) 6,4 2,9

Discussão e Conclusão A glicina é o aminoácido mais simples e portanto apresenta apenas dois grupos passíveis de sofrer reações de ácido base, portanto temos também apenas dois valores de pKa para os respectivos grupos, carboxílico e amino. Os valores obtidos experimentalmente são próximos dos valores descritos na literatura, não apresentando um erro superior a 7%, sendo o pK a1 de 2,49 (Erro por excesso de 6,4%) e o valor de pK a2 de 9,88 (Erro por excesso de 2,9%). Dado que o erro acontece sempre no mesmo sentido, ou seja por excesso, o desvio pode acontecer por um erro sistemático que interfira nos resultados sempre da mesma forma. A blocagem do grupo amino da glicina permite identificar a que grupo, carboxílio ou amino, é que pertence cada um dos pK a determinados. O formaldeído só se liga ao grupo amino da glicina, quando este se encontra desprotonado. Quando se adiciona o formaldeído à solução de glicina, verificase uma diminuição do pH (5,54) face à solução inicial de glicina (6,74), pois ocorre a desprotonação de todo o grupo amino para que o formaldeído se possa ligar, através da reação descrita na equação 8. A desprotonação leva a um aumento da concentração de H+ em solução e consequentemente a uma diminuição do pH da solução. !

  !   !    !  ! 

!

(!")

!

(!")

→

  !  ! 

+ 2(!")

→

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(!")

+  (!")

!   ( !  )!  !  (!")

Henrique Fernandes, João Rodrigues e Ricardo Almeida

(7) (8)

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Antes de se iniciar a titulação da solução de glicina com a solução de NaOH, temos em solução glicina com o grupo amino bloqueado com formaldeído e todo o H+ proveniente na desprotonanação em solução, daí o baixo valor de pH. O OH - adicionado vai neutralizando o H+, até que se atinge o ponto de equivalência, onde todo o H + foi consumido, e o pH assume valores semelhantes aos da titulação sem a blocagem por formaldeído. Como existe uma zona onde o pH praticamente não varia com as adições de OH -, sabe-se que existe H+ que está a tamponar a solução e que proveio do grupo amino da solução. Assim verifica-se que o primeiro grupo a desprotonar é o grupo carboxílico, pois assim não fosse, as curvas de titulação da glicina com a solução de NaOH estariam sobrepostas para os casos da glicina e da glicina com o grupo amino bloqueado.

Bibliografia [1] A. L. Lehninger, Short Course in Biochemistry , Biochemistry , Worth Publishers Inc., New York, 1973. [2] P. W. Atkins, Physical Chemistry, 6th edition, Oxford University press, Oxford, 1999. [3] R. Chang, Physical Chemistry for the Chemical and Biological Sciences , 3ª edição, University Science Books, Sausalito, 2000. [4] pKa Data, Data , R. Williams, 18 de março de 2013 http://research.chem.psu.edu/brpgroup/pKa_compilation.pdf

Henrique Fernandes, João Rodrigues e Ricardo Almeida