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各种pKa测定技术的系统综述

期刊:international journal of pharmaceuticsDOI:10.1016/j.ijpharm.2023.122783

这篇文档属于类型b(综述类论文),以下为针对中文读者的学术报告:


作者与机构
本文由Gi Eun Han与Ronny Priefer*(通讯作者)合作完成,两位作者均来自美国马萨诸塞州的Massachusetts College of Pharmacy and Health Sciences。论文于2023年2月27日在线发表于International Journal of Pharmaceutics(期刊号635,文章ID 122783)。

主题与背景
本文题为《A Systematic Review of Various pKa Determination Techniques》,是一篇系统性综述,旨在全面总结13种pKa(酸解离常数)测定技术的原理、应用场景及优缺点。pKa是药物分子中功能基团的关键物理化学性质,直接影响药物的吸收、生物利用度及制剂设计(如辅料选择)。由于现有技术各有局限性(如样品溶解度、纯度要求、成本等),本文通过对比分析为研究者提供技术选型依据。

主要观点与论据

1. pKa的学术与工业价值
pKa定义为酸性基团在动态平衡中质子化与去质子化形式浓度相等时的pH值。文中强调其多重应用:
- 药物研发:例如β2肾上腺素受体激动剂沙丁胺醇(albuterol)的药效与pKa直接相关(Isogaya et al., 1999);
- 制剂设计:缓冲液选择需匹配药物pKa以维持pH稳定性(Samuelsen et al., 2019);
- 跨学科应用:化妆品(Selimoglu et al., 2021)与食品工业(Chuy and Bell, 2006)中的pH调控。

2. 13种pKa测定技术的分类与比较
作者将技术分为三类:实验法、计算法及新兴方法,重点分析其适用性与限制:

2.1 电位滴定法(Potentiometric Titration)
- 原理:通过电极测量滴定过程中电势变化,S形曲线拐点对应pKa。
- 优势:成本低、操作简单(如Zhang and Flaherty, 2020测定乙酸pKa=4.76)。
- 局限:水溶性差的化合物需改良方法(如Wiedenbeck et al., 2020通过结晶平衡测定布洛芬pKa=4.47–4.70)。

2.2 光谱法(Spectrometry)
- 紫外-可见光谱(UV-Vis):通过pH依赖的吸收峰变化确定pKa,无需预知平衡浓度(如Al-Janabi et al., 2020测定二甲双胍pKa1=2.72)。
- 统计模型辅助:PARAFAC与MCR-ALS算法可提升多质子化合物分析精度(如苯甲酸pKa=4.14±0.15,Selimoglu et al., 2021)。

2.3 荧光法(Fluorometry)
- 适用对象:具荧光特性的分子(如胸腺嘧啶pKa=7.90,Ivanov et al., 2020)。
- 灵敏度:优于核磁共振法(NMR),适用于微量RNA分析(Wilcox and Bevilacqua, 2013)。

2.4 核磁共振(NMR)
- 微观pKa测定:可解析酶活性位点质子化状态(如Alkhzem et al., 2020测定妥布霉素N-1位pKa=7.55)。
- 缺点:成本高、大分子谱图复杂。

2.5 高效液相色谱(HPLC)
- 优势:耐样品杂质,需少量样本(如Manderscheid and Eichinger, 2003测定呋塞米pKa=3.8)。
- 限制:柱填料影响pKa范围(如Hossain et al., 2014无法测定CNBQ的pKa1/2)。

2.6 其他技术
- 电导法(Conductometry):基于离子电导率变化,但需高纯度样本(Klucakova, 2018测定腐殖酸pKa1=3.41–5.44)。
- 表面张力法(Surface Tension):新兴技术,适用于聚电解质(如聚丙烯酸pKa=5.78–6.73,Dickhaus and Priefer, 2016)。

3. 技术选择指南
作者总结各技术优缺点(见表5),例如:
- 快速筛查:UV-Vis或荧光法适合高通量;
- 难溶化合物:伏安法(Voltammetry)或溶解度法更优;
- 多参数同步获取:分配系数(Partition Coefficient)或量热法(Calorimetry)。

论文价值与意义
1. 学术价值:首次系统对比13种技术的实验设计、数据解读及适用场景,填补领域空白。
2. 工业应用:为药物开发中的pKa测定提供选型依据,尤其针对难溶药物(如抗癌剂NSC-639829的pKa争议案例)。
3. 方法论创新:强调统计模型(PARAFAC)与自动化技术(如SiriusT3电位滴定仪)的整合潜力。

亮点
- 全面性:涵盖从经典滴定到计算化学(如CBS-QB3理论)的全技术链;
- 批判性分析:指出表面张力法耗时、计算法结果波动大等实际问题;
- 前瞻建议:呼吁开发针对难溶化合物的新方法。


(注:全文约2000字,严格遵循术语翻译规范(如“potentiometric titration”首次译为“电位滴定法(Potentiometric Titration)”),并保留作者名、期刊名原文。)

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