EurJOC综述 | 如何预测有机碱的碱度?

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化合物接受或释放质子的趋势是理解许多化学和生化过程的一个极其重要的基本特性,它与酸度和碱度的概念密切相关,这在现代物理学和分子生物学之间架起了一座桥梁。布朗斯台德酸度是分子或离子提供质子的倾向的量度,而布朗斯台德碱度是分子或离子接受质子的能力。在中性碱的情况下——本综述的主题——碱性取决于所得阳离子尽可能有效地将其正电荷分布在其结构上的能力。酸性和碱性现象都有助于理解多年来的结构——{attr}3{attr}3226{/attr}4{/attr}性关系。


主要用于表示酸度/碱度的参数是pKa值(酸解离常数Ka的负对数),在碱的情况下,它对应于其质子化形式(共轭酸)的解离。尽管术语pKa经常用于表示碱度,但有人建议将碱性化合物B的碱度表示为pKaH,以明确表示它指的是碱基的质子化。碱的pKaH值决定了其在溶液中的电离状态,从而强烈影响其理化和药代动力学特性,例如溶解度、膜渗透性和蛋白质结合以及取决于化合物电荷状态的任何特性。此外,氢键的强度与布朗斯台德酸度密切相关。本期为大家介绍来自爱沙尼亚塔尔图大学化学研究所的Ivo Leito教授发表的关于碱的共轭酸的碱度及其应用相关的综述。该综述主要介绍和讨论了不同介质中多种碱的共轭酸的碱度(pKaH值),包括在乙腈、二甲亚砜、四氢呋喃、水和气相中检测简单有机碱(脂肪族和芳香族胺、脒、磷腈以及饱和和不饱和氮杂环)的碱性。根据已经推导出使用易于使用的结构描述符的方程,将碱性从乙腈近似转化为其他溶剂,并给出了关于它们的实际使用的建议,并从这些关系中估计了许多实验上无法获得的pKaH值。本综述的一个重要部分是对溶剂和气相中化合物的pKaH和GB值的大量汇编,以及修订后的乙腈碱度等级,现在包含超过 270 个pKaH值。

图1. 简单氮碱的编译碱度数据摘要(不包括本工作中预测的值)。每种溶剂的 pKaH 轴对应于该特定溶剂的 pKaH 标度。带圆圈的数据点属于螯合化合物,其中质子与两个刚性排列的氮原子相互作用。引入 y 方向数据点的位移是为了更好的可见性,并且没有化学意义。


作者表示非水性pKaH数据在许多领域都非常重要,可惜的是,可用的实验数据并不理想。但是,如果不需要高精度(并且通常是这种情况),则可以通过非常容易使用的相关方程从可用的实验数据中推导出大量新的pKaH值。这些方程产生的pKaH值的精度范围从 ±1.2 到 ±1.8 pKaH单位(验证数据集的双RMSE),具体取决于溶剂。作者估计,根据乙腈中的可用一直数值,可以估计数百个新的近似pKa值。


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