Titulación Potenciométrica de Un Ácido Poliprótico y Un Aminoácido [PDF]

Zitiervorschau

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO ACADEMICO DE QUIMICA

LABORATORIO DE BIOQUÍMICA

PRACTICA N° 4 TITULACIÓN POTENCIOMÉTRICA DE UN ÁCIDO POLIPRÓTICO Y UN AMINOÁCIDO

INTEGRANTES: Crespo Caballero, Marelly Grey Gabriela Del Carpio Ramírez ,Amada Zoila Espinoza Villanueva, Lucia Patricia Perez Del Rosario, Eduardo Javier Mayta Solis, Benjamin Francisco

GRUPO: Lunes de 2:00p.m-4:00p.m FECHA DE LA PRÁCTICA: 16/04/18 FECHA DE ENTREGA DEL INFORME: 23/04/18

20161343 20170436 20161344 20161366 20161358

1. INTRODUCCIÓN: La titulación potenciométrica se realiza cuando no es posible la detección del punto final de una valoración empleando un indicador visual. Se considera uno de los métodos más exactos, porque el potenciómetro sigue el cambio real de la actividad y, el punto final coincide directamente con el punto de equilibrio. Las principales ventajas del método potenciométrico son su aplicabilidad a soluciones turbias, fluorescentes, opacas, coloreadas, cuando sean inaplicables o no se puedan obtener indicadores visuales adecuados. El método de titulación potenciométrica ácido – base se fundamenta en que los iones hidrógenos presentes en una muestra como resultado de la disociación o hidrólisis de solutos, son neutralizados mediante titulación con un álcali estándar. El proceso consiste en la medición y registro del potencial de la celda (en milivoltios o pH) después de la adición del reactivo (álcali estándar) utilizando un potenciómetro o medidor de pH. Para hallar la concentración se construye una curva de titulación graficando los valores de pH observados contra el volumen acumulativo (ml) de la solución titulante empleada. La curva obtenida debe mostrar uno o más puntos de inflexión (punto de inflexión es aquel en el cual la pendiente de la curva cambia de signo). (Oyola, 2014) La titulación de un ácido fuerte con una base fuerte se caracteriza por tres etapas importantes: ● Los iones hidronios están en mayor cantidad que los iones hidróxidos antes del punto de equivalencia. ● Los iones hidronios e hidróxidos están presentes en concentraciones iguales, en el punto de equivalencia. ● Los iones hidróxidos están en exceso, después del punto de equivalencia. TITULACIÓN POTENCIOMÉTRICA DE UN AMINOÁCIDO: Las proteínas son macromoléculas compuestas por unidades más pequeñas conocidas como aminoácidos. En las proteínas se encuentra básicamente veinte aminoácidos diferentes, los cuales contienen un grupo carboxilo y un grupo amino unidos al mismo átomo de carbono (carbono α) estos aminoácidos difieren unos de otros solo por la naturaleza de sus cadenas laterales, o grupos “R” que varían tanto en estructura, como en tamaño y carga eléctrica e influyen en la solubilidad en agua (Fessenden, 1983).

Los grupos carboxilo y amino de los aminoácidos funcionan como ácidos y bases débiles, respectivamente, y como tales, se ionizan cuando están en solución. Los aminoácidos tienen al menos dos pK, por lo que tienen mayor capacidad amortiguadora, ya que presentan de tres a cuatro formas iónicas diferentes. (Fessenden, 1983). Cuando la forma iónica tiene una carga neta de cero se dice que se encuentra en su punto isoeléctrico o pI. Al variar de pH, cambia la proporción de la forma iónica y es posible ver la capacidad amortiguadora de los aminoácidos. Cada aminoácido tiene sus propio pK, puesto que presenta diferentes sustituyentes en sus cadenas laterales. Mediante una titulación, se puede determinar el pK de un aminoácido. Glicina: A pH ácido la Glicina se encuentra como un ácido diprótico, ya que tanto el grupo amino como el carboxilo se encuentran protonados, es decir, a pH = 1, el 100% de las moléculas de aminoácido se encuentran en forma de catión.(U.Salamanca) Al ser éste un amino ácido neutro, posee un grupo amino y un grupo carboxilo es el aminoácido más sencillo, es decir su grupo R es un hidrógeno.

Ácido glutámico:

Hay que tener en consideración el hecho de que este aminoácido presenta tres grupos ionizables: el grupo α- carboxilo, el grupo carboxilo de la cadena lateral y el grupo α-amino. Por lo tanto, la adición de equivalentes de base produce la liberación secuencial de protones al medio, y estos equilibrios están determinados por sus correspondientes constantes: el grupo α- carboxilo (pKC), el grupo carboxilo de la cadena lateral (pKR) y el grupo amino (pKN). En este caso, existen tres regiones de capacidad tamponante, y el pI se calcula como el promedio del pKC y del pKR.

TITULACIÓN POTENCIOMÉTRICA DEL ÁCIDO FOSFÓRICO Los ácidos polipróticos (o ácidos polibásicos) son ácidos que tienen más de un hidrógeno ionizable, por ejemplo, el ácido fosfórico. Estos ácidos disocian en más de una etapa y cada etapa presenta su propia constante de equilibrio. Los ácidos polipróticos no ceden de una vez y con la misma facilidad todos los protones, sino que hacen de forma escalonada, y cada vez con mayor dificultad. Las correspondientes constantes de disociación, disminuyen mucho (aproximadamente un factor de 10-5) para cada una de las sucesivas ionizaciones. (G. Crhistian, 2009) El ácido fosfórico (a veces llamado ácido ortofosfórico) es un compuesto químico ácido (más precisamente un compuesto ternario que pertenece a la categoría de los oxácidos) de fórmula H3PO4. Es un ortofosfato cuyo código en el Sistema Internacional de Numeración es E-338. No se debe usar agua para remover este químico, puesto que esta produce su activación.

RESULTADOS Al agregar a una solución de ácido fosfórico algunos mL de NaOH, se obtiene los siguientes pH medidos con un potenciómetro: mL NaOH

pH

mL NaOH

pH

mL NaOH

pH

0

1.19

20

4.90

40

10.03

1

1.23

21

5.45

41

10.42

2

1.27

22

5.74

42

10.64

3

1.32

23

5.89

43

10.81

4

1.42

24

6.06

44

10.92

5

1.46

25

6.19

45

11.03

6

1.53

26

6.30

46

11.12

7

1.59

27

6.41

47

11.21

8

1.79

28

6.51

48

11.29

9

1.86

29

6.60

49

11.39

10

1.95

30

6.70

50

11.46

11

2.04

31

6.80

51

11.51

12

2.13

32

6.90

52

11.59

13

2.24

33

6.99

53

11.63

14

2.35

34

7.12

54

11.70

15

2.48

35

7.34

55

11.76

16

2.60

36

7.52

56

11.83

17

2.81

37

7.73

57

11.91

18

3.10

38

8.02

58

11.95

19

3.48

39

8.87

59

12.01

Discusiones Ácido fosfórico: El ácido fosfórico se encuentra en forma libre además de tener tres disociaciones disponibles debido a los tres protones que puede donar. Entonces, se pueden establecer tres equilibrios de disociación, cada uno con una constante característica a 25ºC. Cuando se valora un ácido poliprótico, se producen tantos saltos como protones tiene el ácido. Por ello, el ácido fosfórico presenta tres saltos en su curva de titulación. En este tipo de ácido, con los valores de sus constantes bien separadas, los distintos protones se valorarán de forma secuencial; el primero siempre es más ácido que el segundo. Por tanto, el primer H+ se desprende con facilidad aún a pH ácido (a pH=2,1 la mitad del H3PO4 se ha disociado para formar H2PO4-), lo que quiere decir que el H3PO4 es un ácido moderadamente fuerte. Gráfica 1: Curva de titulación del ácido fosfórico. http://www.ehu.eus/biomoleculas/buffers/buffer1.htm

Desde un punto de interés biológico, el pK de la segunda disociación (7,2) es el más próximo al pH del medio interno y por lo tanto, es esta segunda disociación la que tiene lugar reversiblemente en el medio interno, y la que posee acción amortiguadora. El tercer H+

es atraído fuertemente por el radical fosfato así que se necesita una gran cantidad de NaOH, entonces puede disociarse en medio muy alcalino (pH=12,7).

CONCLUSIONES: 1. Hemos comprobado que los sistemas buffer del ácido fosfórico se forman debido a que este es un ácido es poliprótico que tiene 3 protones ionizables, esta irá perdiendo sus protones al agregar NaOH, ya que estos protones se unirán al NaOH formando agua y una sal que es su par conjugado, al seguir agregándole más NaOH esta base conjugada se desprotonizará y hará el papel de ácido que seguirá desprotonizándose hasta agotar sus tres protones. Algo similar ocurre con la glicina que es un aminoácido. 2. En cada desprotonización del ácido por adición de NaOH se formará un sistema buffer, y cada reacción tendrá valores distintos de pka, siendo así, la primera desprotonización de mayor Ka y menor pka por ser más ácido y me menor Ka y mayor pka al ir perdiendo más protones, esto nos generará una curva, donde se muestran todos los sistemas amortiguadores que el compuesto pueda formar. 3. Se determinó los valores de pka experimentalmente mediante la titulación potenciométrica del ácido fosfórico en la cual observamos diferentes valores de pH que formaron distintos sistemas amortiguadores.

PROBLEMAS ENCARGADOS 1. ¿En qué se diferencian estructuralmente y funcionalmente los tres aminoácidos estudiados?

●

La glicina, presenta un solo grupo carboxilo y una sola estructura 𝐶𝐻2 en su composición. Es un neurotransmisor inhibidor, actuando sobre unos receptores específicos del tronco cerebral y la médula.

Imagen 1: Glicina. Fuente: https://www.ecured.cu/Glicina

●

La lisina presenta dos estructuras de 𝑁𝐻3+ y más de una estructura 𝐶𝐻2 . Tiene la función de ayudar a mantener el equilibrio de nitrógeno, formar anticuerpos y colágeno.

Imagen 2: Lisina. Fuente: https://periodicosalud.com/lisina-que-es-beneficios-efectos-secundarios-formula-comprar/

●

El ácido glutámico cuenta con dos grupos carboxilo y una estructura 𝑁𝐻3+ . Además ayuda a potenciar el sabor de los alimentos que lo contienen y favorece la síntesis proteica.

Imagen 3: Ácido glutámico. Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_glut%C3%A1mico

2. 3. Proponga las reacciones producidas en la titulación de la lisina con NaOH a partir

de sus especies iónicas más positivas.

4. Calcule los componentes de un litro de tampón glicina de pH 8.8 y concentraciones 0.1 M a partir de glicina sólida (PM=101.6) Y NaOH solido (PM=40) si el pKa1=2,35 y pKa2=9.78. [buffer]= 0.1M= [S2]+[A2] Pka2=9.78 (más cercano al pH) pH = pKa + Log ([S2]/[A2]) 8.8 = 9.78 + Log ([S2]/[A2]) 10-0.98 = [S2]/[A2] [A2] = 0.09 [S2] = 0.009 0.099 moles de glicina X 101.6 = 10.06 gr de glicina 0.108 moles de NaOH x 40 = 4.32 gr NaOH 5. ¿Químicamente cómo define a un aminoácido, cuantos sistemas buffer puede formar? Los aminoácidos contienen grupos a-carboxilo débilmente ácidos y grupos a-amino, débilmente básicos. Además, cada uno de los aminoácidos ácidos y básicos, contiene un grupo ionizable en su cadena lateral. De esta manera, tanto los aminoácidos libres como los combinados en uniones peptídicas pueden actuar, potencialmente, como buffers. La relación cuantitativa entre [H+] y los ácidos débiles puede describirse según la ecuación de Henderson-Hasselbalch. Un aminoácido puede formar cierto número de sistemas buffer según cuántos grupos ionizables contenga en su estructura. Por ejemplo, el ácido glutámico contiene 3 grupos ionizables (Dos grupos carboxilo y una estructura 𝑁𝐻3+ .) Así que puede generar 3 sistemas buffer.

7. ¿Que es el punto isoeléctrico y para que se usa? Se le conoce como punto isoeléctrico (pI) a aquel pH en la cual la forma neutra, molécula con carga cero, se encuentra presente en la máxima cantidad. En los aminoácidos y proteínas nos indica la menor solubilidad de la solución, por lo que su conocimiento es muy útil en el aislamiento o purificación. (Cueva P. 2015) 8. Escriba la fórmula de los siguientes aminoácidos y explique cuantos buffers se podrían preparar con cada uno de ellos: ● Ácido aspártico: C4H7NO4, presentará tres buffer debido a sus grupos amino y carboxilo, y otro grupo carboxilo que se halla en el grupo R de aminoácido. ● Arginina: C6H14N4O2, presentará tres buffer debido a los grupos amino y carboxilo, y un NH enlazado con un carbono a través de doble enlace. ● Triptófano: C11H12N2O2, presenta solo dos buffer ya que el grupo R es muy estable, esta capacidad para aceptar y donar electrones es debido a su grupo amino y grupo carboxílico. ● Cisteina: C3H7NO2S, presentará dos buffers debido a su grupo amino y carboxilo.

BIBLIOGRAFÍA

-Oyola Martínez, Rolando (2014), Titulación potenciométrica Universidad de Puerto Rico-Humacao. -Fessenden Ralph J., Fessenden Joan S. (1983), Química Orgánica, University of Montana, GRUPO EDITORIAL IBEROAMÉRICA, DF México.