Protonácia je chemický proces, v ktorom sa vodíkový katión (teda protón, H+, respektíve hydrón) naviaže na atóm, molekulu alebo ión, čím vzniká jej konjugovaná kyselina.[1] Opačný proces, kedy sa z Brønsted–Lowryho kyseliny odštiepi vodíkový katión (protón), je deprotonácia. Medzi príklady patria:

Protonácia dimetylamínu
H2SO4 + H2O ⇌ H3O+ + HSO4-
(CH3)2C=CH2 + HBF4 ⇌ (CH3)3C+ + BF4
NH3(g) + HCl(g) → NH4Cl(s)

Význam

upraviť

Protonácia je základná chemická reakcia a je to dôležitý krok v mnohých stechiometrických a katalytických procesoch.[2] Niektoré ióny a molekuly môžu byť protonované niekoľkokrát, vtedy sa označujú ako polybazické, čo platí hlavne pre mnohé makromolekuly (ale i pre mnohé malé molekuly).

Protonácia a deprotonácia (pridanie a odstránenie vodíkového katiónu) je základom acidobázických reakcií[3] a tieto procesy tvoria jadro teórie týchto reakcií. Brønsted–Lowryho kyselina je definovaná ako chemická látka, ktorá je schopná odštiepiť protón (vodíkový katión). Po protonácii substrátu sa jeho hmotnosť a náboj zväčšia obe o jedna, čo je esenciálny krok v niektorých analytických metódach, napríklad elektrosprejová hmotnostná spektrometria.[4]

Protonácia a deprotonácia molekuly či iónu môže zmeniť jeho chemické vlastnosti, nielen jeho náboj a hmotnosť, ale napríklad aj ich reaktivitu,[5] hydrofilicitu,[6] optické vlastnosti,[6] rozpustnosť[7][8] a redukčný potenciál.[9] Zmena farby molekuly sa využíva v prípade acidobázických indikátorov.

Rýchlosť

upraviť

Protonácia je zvyčajne veľmi rýchla, čiastočne kvôli vysokej mobilite (pohyblivosti) protónov v mnohých rozpúšťadlách. Rýchlosť protonácie je závislá na kyslosti protónujúcej látky (kyseliny) – slabé kyseliny protónujú danú látku pomalšie než silné kyseliny.[10] Rýchlosť protonácie a deprotonácie môže byť obzvlášť pomalá, ak tieto procesy vedú k významnej zmene štruktúry.[11]

Reverzibilita a katalýza

upraviť

Protonácia je zvyčajne reverzibilná[6][12] a štruktúra i väzbovosť konjugovanej bázy sú zvyčajne zachované. V niektorých prípadoch však protonácia vedie k izomerizácii, napríklad cis-alkény sa môžu zmeniť na trans-alkény v prítomnosti katalytického množstva protonačného činidla. Mnohé enzýmy, napríklad serínové hydrolázy, využívajú mechanizmus, ktorý zahŕňa reverzibilnú protonáciu substrátu.[13]

Referencie

upraviť
  1. ZUMDAHL, S. S.. Chemistry. Lexington, MA : Heath, 1986.
  2. EIGEN, M.. Proton Transfer, Acid-Base Catalysis, and Enzymatic Hydrolysis. Part I: ELEMENTARY PROCESSES. Angewandte Chemie International Edition in English, 1964-01, roč. 3, čís. 1, s. 1–19. Dostupné online [cit. 2022-08-21]. ISSN 0570-0833. DOI10.1002/anie.196400011. (po anglicky)
  3. 11.7: Acid-Base Reactions as "Proton" Transfers [online]. Chemistry LibreTexts, 2020-05-13, [cit. 2022-08-21]. Dostupné online. (po anglicky)
  4. ZHOU, Shaolian; COOK, Kelsey D.. Protonation in electrospray mass spectrometry: Wrong-way-round or right-way-round?. Journal of the American Society for Mass Spectrometry, 2000-11-01, roč. 11, čís. 11, s. 961–966. Dostupné online [cit. 2022-08-21]. ISSN 1044-0305. DOI10.1016/S1044-0305(00)00174-4. (po anglicky)
  5. Protonation And Deprotonation Reactions: Dramatic Effects On Reactivity [online]. 2012-05-30, [cit. 2022-08-21]. Dostupné online. (po anglicky)
  6. a b c What Is Protonation? [online]. ThoughtCo, [cit. 2022-08-21]. Dostupné online. (po anglicky)
  7. 18.7: Solubility and pH [online]. Chemistry LibreTexts, 2013-11-26, [cit. 2022-08-21]. Dostupné online. (po anglicky)
  8. NADENDLA, Karthik; FRIEDMAN, Simon H.. Light Control of Protein Solubility Through Isoelectric Point Modulation. Journal of the American Chemical Society, 2017-12-13, roč. 139, čís. 49, s. 17861–17869. Dostupné online [cit. 2022-08-21]. ISSN 0002-7863. DOI10.1021/jacs.7b08465. (po anglicky)
  9. SHI, Raymond R. S.; TESSENSOHN, Malcolm E.; LAUW, Sherman J. L.. Tuning the reduction potential of quinones by controlling the effects of hydrogen bonding, protonation and proton-coupled electron transfer reactions. Chemical Communications, 2019-02-19, roč. 55, čís. 16, s. 2277–2280. Dostupné online [cit. 2022-08-21]. ISSN 1364-548X. DOI10.1039/C8CC09188A. (po anglicky)
  10. EIGEN, M.. Proton Transfer, Acid-Base Catalysis, and Enzymatic Hydrolysis. Part I: ELEMENTARY PROCESSES. Angewandte Chemie International Edition in English, 1964-01, roč. 3, čís. 1, s. 1–19. Dostupné online [cit. 2022-08-21]. ISSN 0570-0833. DOI10.1002/anie.196400011. (po anglicky)
  11. Slow Proton Transfer Reactions in Organometallic and Bioinorganic Chemistry. Progress in Inorganic Chemistry, 1994, s. 1–65. DOI10.1002/9780470166437.ch1.
  12. Reversible and Irreversible Acid-Base Reactions In Organic Chemistry [online]. 2012-05-17, [cit. 2022-08-21]. Dostupné online. (po anglicky)
  13. KOVACH, Ildiko M.. Proton Bridging in Catalysis by and Inhibition of Serine Proteases of the Blood Cascade System. Life, 2021-05, roč. 11, čís. 5, s. 396. Dostupné online [cit. 2022-08-21]. ISSN 2075-1729. DOI10.3390/life11050396. (po anglicky)

Pozri aj

upraviť

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Protonation na anglickej Wikipédii.