WSPÓŁCZYNNIK PODZIAŁU: ROZKŁAD, DYSTRYBUCJA, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2026

Współczynnik podziału lub podziału definiuje się jako stosunek stężenia substancji chemicznej lub substancji rozpuszczonej między dwoma mediami w stanie równowagi. Medium to może być gazem podobnym do powietrza; ciecz, taka jak woda lub olej; lub złożona mieszanina, jak krew lub inne tkanki.

Współczynnik podziału krew / powietrze jest ważny, aby wyjaśnić wymianę gazową zachodzącą w płucach, między krwią a atmosferą.

Schemat wyjaśniający współczynnik podziału dla trzech substancji rozpuszczonych między dwiema fazami. Źródło: Perdula

Powyższy obrazek w uproszczony i genialny sposób ilustruje wyjaśnioną koncepcję. Każda cyfra przedstawia analit, który jest rozprowadzany i / lub rozprowadzany między dwiema niemieszającymi się fazami: jedną górną i drugą dolną.

Zielone kwadraty są przeważnie w górnej fazie; podczas gdy czerwone trójkąty rozpuszczają się bardziej w dolnej fazie, a fioletowe kółka wybierają miejsce na granicy faz.

Należy zauważyć, jak K _D zmienia się dla każdego analitu. Jeżeli K _D jest większy niż 1, analit będzie rozprowadzać bardziej w kierunku górnej fazy; jeśli jego wartość jest bliska 1, będzie znajdować się na interfejsie; lub przeciwnie K _D jest mniejszy od 1, to będzie przede wszystkim w dolnej warstwie.

Jedną z form współczynnika podziału jest ta, która istnieje między dwiema niemieszającymi się cieczami w równowadze; podobnie jak system n-oktanowy i woda. System ten został wykorzystany do ustalenia ważnej właściwości związku: jego hydrofobowości lub hydrofilowości.

Wartość współczynnika podziału (P) lub współczynnika podziału (K) służy do wskazania hydrofobowości leku. Dzięki temu można go wykorzystać do przewidywania jego wchłaniania w jelitach, dystrybucji, metabolizmu i procesu wydalania.

Współczynnik podziału

Definicja

Współczynnik podziału (K) substancji, zwany także współczynnikiem podziału (P), jest ilorazem stężeń substancji na dwie fazy; składa się z mieszaniny dwóch niemieszalnych rozpuszczalników, ponieważ mają różną gęstość i różną naturę.

Wartość współczynnika podziału (K) lub podziału (P) jest związana z różnicą w rozpuszczalności substancji w niemieszających się cieczach wchodzących w skład mieszaniny.

K lub P = ₁ / ₂

₁ to stężenie substancji w cieczy 1. A ₂ to stężenie tej samej substancji w cieczy 2.

Interpretacja

Jeśli K lub P ma wartość równą 3, oznacza to, że substancja jest 3 razy bardziej skoncentrowana w cieczy 1 niż w cieczy 2. Ale jednocześnie wskazuje to również, że substancja jest lepiej rozpuszczalna w cieczy 1.

Teraz, jeśli wartość K lub P wynosi 0,3, substancja ma wyższe stężenie w cieczy 2; i dlatego jego rozpuszczalność jest wyższa w cieczy 2 niż w cieczy 1.

Współczynnik podziału oktanol / woda

W niektórych dziedzinach badań, takich jak chemia organiczna i farmaceutyki, mieszanina cieczy składa się z wody i niepolarnej cieczy, takiej jak n-oktanol lub 1-oktanol, dlatego często określa się współczynnik podziału oktanol / woda reprezentowana przez Pow.

N-oktanol ma gęstość od 0,824 g / cm ³ ; Podczas gdy woda, jak to jest znane, ma gęstość równą w przybliżeniu stałej 1 g / cm ³ . Po zbilansowaniu dwóch cieczy n-oktanol zajmuje górną część mieszaniny niemieszających się cieczy, która została nazwana Liquid 1.

Substancja hydrofobowa będzie miała wyższe stężenie w n-oktanolu, gdy niemieszalne ciecze się zrównoważą. Z drugiej strony, substancja hydrofilowa będzie miała wyższe stężenie w wodzie.

Ograniczenia

Do substancji niezjonizowanych stosuje się współczynnik podziału lub dystrybucji. W przypadku pomiaru współczynnika podziału w substancji podatnej na jonizację należy wyregulować pH lub użyć buforu w fazie wodnej, aby zapewnić, że substancja jest niezdysocjowana.

Przy określaniu współczynnika podziału nie należy używać środków powierzchniowo czynnych ani substancji powierzchniowo czynnych, ponieważ substancje te, ze względu na ich amfifilowy charakter, znajdują się na granicy faz niemieszających się cieczy.

Współczynnik podziału n-oktanol / woda jest zwykle wyrażany w postaci logarytmicznej; czyli jako log P lub log K, ze względu na amplitudę wartości P i K.

Jeśli logarytm P dla substancji jest większy niż 0, oznacza to, że substancja jest hydrofobowa. I odwrotnie, jeśli logarytm P jest mniejszy niż 0 (czyli ujemny), oznacza to, że substancja jest hydrofilowa.

Współczynnik dystrybucji (D)

Współczynnik podziału (D) jest ilorazem stężenia wszystkich substancji zjonizowanych i niezjonizowanych w cieczy 1 (n-oktanol) i stężenia tych samych substancji w cieczy 2 (woda).

Po uzyskaniu wartości współczynnika podziału (D) można ją wyrazić jako logarytm D ze względu na amplitudę wartości D.

Aby uzyskać współczynnik podziału (D), fazę wodną należy zbuforować; innymi słowy, przy określonym pH, które należy wskazać, odnosząc się do wartości uzyskanego współczynnika rozdziału.

Dogodnie jest przeprowadzić oznaczanie D przy pH 7,4. To pH odpowiada pH krwi i przedstawia warunki, które leki lub związki napotkają w środowisku wewnątrzkomórkowym oraz w środowisku zewnątrzkomórkowym.

Dla niejonizowalnego związku log D = log P, niezależnie od użytego pH.

Eksperymentalne wyznaczenie współczynnika podziału

Istnieje kilka metod pomiaru współczynnika podziału (P). Obejmują one metodę wstrząsania butelką i wysokosprawną chromatografię cieczową. Oba wymagają wcześniejszej wiedzy na temat rozpuszczalności substancji badanej, zarówno w n-oktanolu, jak iw wodzie.

Metoda wstrząsania kolbą

Próbkę rozpuszcza się w n-oktanolu nasyconym wodą, którą rozdziela się do oddzielnego lejka lub zdekantuje wodą nasyconą n-oktanolem. Nasycenie rozpuszczalnikiem jest konieczne, aby uniknąć przenoszenia rozpuszczalnika podczas procesu podziału.

Rozdzielacz poddaje się przez pewien czas mieszaniu mechanicznemu. Następnie można długo stać, aby zapewnić całkowite oddzielenie. Podsumowując, fazy rozdziela się przez dekantację.

Następnie stężenie próbki w każdym z rozpuszczalników określa się metodą spektrofotometryczną; np. UV-Visible lub inna metoda. Wreszcie, z uzyskanymi danymi, współczynnik podziału i log P.

Zaletą tej metody jest to, że jest niedroga, powtarzalna i bardzo dokładna. Podsumowując, jest to najpewniejsza metoda określania log P.

Główną wadą tej metody jest to, że jest bardzo czasochłonna: ponad 24 godziny na przeprowadzenie wyrównywania cieczy, mieszania i rozdziału faz podczas procesu podziału. Ponadto ma zastosowanie tylko do substancji rozpuszczalnych w n-oktanolu i wodzie.

Metoda wysokosprawnej chromatografii cieczowej

Log P można otrzymać przez skorelowanie czasu retencji próbki z czasem retencji związku odniesienia o podobnej budowie chemicznej o znanej wartości P.

Jest to metoda, w której wartość logarytmu P uzyskuje się w czasie krótszym niż 20 minut. Daje wartości log p od 0 do 6, co odpowiada tylko substancjom hydrofobowym.

Wadą jest to, że wartość P jest określana metodą regresji liniowej, więc kilka związków o budowie chemicznej podobnej do próbki i znanych wartościach log P powinno być używanych jako odniesienie.

Aplikacje

Optymalizacja działania leków

W przypadku spożycia lek musi dotrzeć do światła jelita cienkiego, gdzie wchłania się większość substancji. Następnie przechodzi przez wnętrze komórek, rozpuszczając się w dwuwarstwie lipidowej stanowiącej część błony. Procesowi temu sprzyja hydrofobowy charakter leku.

Lek musi przejść przez komórki jelitowe, przechodząc przez błonę podstawną, aby dotrzeć do krwi i dotrzeć do docelowych receptorów działania leku. Niektórym etapom całego procesu sprzyja hydrofobowy charakter leku, ale innym nie.

Należy znaleźć wartość współczynnika podziału, która pozwoli, aby wszystkie procesy niezbędne do działania leku i dobrostanu ciała były zadowalające.

Stosowanie leków nadmiernie hydrofobowych może być toksyczne, ponieważ ich metabolizm może wytwarzać potencjalnie szkodliwe metabolity. Z drugiej strony, leki całkowicie hydrofilowe mają trudności z wchłanianiem w jelitach.

Agrochemikalia

Na aktywność insektycydów i herbicydów wpływa ich hydrofobowy charakter. Jednak hydrofobowość wiąże się z dłuższym okresem półtrwania. Z tego powodu zanieczyszczenie środowiska jest długotrwałe i może powodować szkody ekologiczne.

Skuteczne produkty hydrofobowe powinny być wytwarzane z krótszym okresem półtrwania.

Troska o środowisko

Związki hydrofobowe są zwykle zanieczyszczeniami dla środowiska, ponieważ są odprowadzane przez grunt, mogąc przedostać się do wód gruntowych, a później do wód rzecznych.

Znając współczynnik podziału związku, można dokonać zmian w jego budowie chemicznej, które modyfikują jego hydrofobowość w celu ograniczenia zanieczyszczającego środowiska.

Hydrogeologia wykorzystuje współczynnik podziału oktanol / woda (Kow) do kontrolowania przepływu związków hydrofobowych, zarówno w glebie, jak iw wodach gruntowych.

Bibliografia

1. Bannan, CC, Calabró, G., Kyu, DY i Mobley, DL (2016). Obliczanie współczynników podziału małych cząsteczek w oktanolu / wodzie i cykloheksanie / wodzie. Journal of Chemical Teoria and Computation, 12 (8), 4015–4024. doi: 10.1021 / acs.jctc.6b00449
2. Wikipedia. (2019). Współczynnik podziału. Odzyskane z: es.wikipedia.org
3. Narodowy Uniwersytet Kolumbii. (sf). Część 8: Eksperymentalne wyznaczanie współczynnika podziału barbituranów. . Odzyskany z: red.unal.edu.co
4. Sevier. (2019). Współczynnik podziału. Science Direct. Odzyskany z: sciencedirect.com
5. Seeboo Hemnath. (2019). Współczynnik podziału: definicja i obliczenia. Badanie. Odzyskany z: study.com