КОЭФФИЦИЕНТ РАЗДЕЛЕНИЯ: РАСПРЕДЕЛЕНИЕ, РАСПРОСТРАНЕНИЕ, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

Коэффициент распределения или распределения определяется как отношение концентрации химического вещества или растворенного вещества между двумя средами в равновесии. Эта среда может быть газообразным воздухом; жидкость, такая как вода или масло; или сложная смесь, такая как кровь или другие ткани.

Коэффициент распределения кровь / воздух важен для объяснения газообмена, который происходит в легких между кровью и атмосферой.

Диаграмма, поясняющая коэффициент распределения трех растворенных веществ между двумя фазами. Источник: Perdula

Изображение выше в упрощенном и блестящем виде демонстрирует концепцию. Каждая фигура представляет аналит, который распределен и / или распределен между двумя несмешивающимися фазами: одной верхней и другой нижней.

Зеленые квадраты находятся преимущественно в верхней фазе; в то время как красные треугольники растворяются больше в нижней фазе, а пурпурные круги предпочитают находиться на границе раздела.

Понятно, как K _D изменяется для каждого аналита. Если K _D больше 1, аналит будет больше распределяться по направлению к верхней фазе; если его значение близко к 1, оно будет стремиться к интерфейсу; или, наоборот, если K _D меньше 1, он будет в основном в нижней фазе.

Одна из форм коэффициента распределения - это коэффициент распределения между двумя несмешивающимися жидкостями в равновесии; а также н-октановая система и вода. Эта система была использована для установления важного свойства соединения: его гидрофобного или гидрофильного характера.

Значение коэффициента распределения (P) или коэффициента распределения (K) служит для обозначения гидрофобности лекарственного средства. Таким образом, его можно использовать для прогнозирования его кишечной абсорбции, распределения, метаболизма и процесса выведения.

Коэффициент распределения

Определение

Коэффициент распределения (K) вещества, также называемый коэффициентом распределения (P), представляет собой частное от деления концентраций вещества на две фазы; состоит из смеси двух несмешиваемых растворителей, поскольку они имеют разную плотность и характер.

Значение коэффициента распределения (K) или распределения (P) связано с разницей в растворимости вещества в несмешивающихся жидкостях, входящих в состав смеси.

К или Р = ₁ / ₂

₁ - это концентрация вещества в жидкости 1. А ₂ - концентрация того же вещества в жидкости 2.

интерпретация

Если K или P имеют значение, равное 3, это означает, что вещество в 3 раза более концентрировано в жидкости 1, чем в жидкости 2. Но в то же время это также указывает на то, что вещество более растворимо в жидкости 1.

Теперь, если значение K или P равно 0,3, вещество имеет более высокую концентрацию в жидкости 2; и поэтому его растворимость в жидкости 2 выше, чем в жидкости 1.

Коэффициент разделения октанол / вода

В некоторых областях исследований, таких как органическая химия и фармацевтика, смесь жидкостей состоит из воды и неполярной жидкости, такой как н-октанол или 1-октанол, поэтому коэффициент распределения октанола часто называют / вода в лице Pow.

Плотность н-октанола составляет 0,824 г / см ³ ; в то время как вода, как известно, имеет плотность примерно постоянную 1 г / см ³ . После того, как две жидкости уравновешены, н-октанол занимает верхнюю часть смеси несмешивающихся жидкостей, которую назвали жидкостью 1.

Гидрофобное вещество будет иметь более высокую концентрацию в н-октаноле, когда несмешивающиеся жидкости уравновешиваются. С другой стороны, гидрофильное вещество будет иметь более высокую концентрацию в воде.

ограничения

Коэффициент распределения или распределения применяется к неионизированным веществам. В случае, когда коэффициент распределения измеряется в ионизируемом веществе, следует отрегулировать pH или использовать буфер в водной фазе, чтобы гарантировать, что вещество представлено недиссоциированным.

При определении коэффициента распределения не следует использовать поверхностно-активные или поверхностно-активные вещества, поскольку эти вещества из-за их амфифильной природы расположены на границе раздела несмешивающихся жидкостей.

Коэффициент распределения н-октанол / вода обычно выражается в логарифмической форме; то есть как log P или log K, из-за амплитуды значений P и K.

Если логарифм P для вещества больше 0, это указывает на то, что вещество является гидрофобным. И наоборот, если логарифм P меньше 0 (то есть отрицательный), это указывает на то, что вещество является гидрофильным.

Коэффициент распределения (D)

Коэффициент распределения (D) представляет собой частное между концентрацией всех веществ, ионизированных и неионизированных, в жидкости 1 (н-октанол) и концентрацией тех же веществ в жидкости 2 (воде).

После того, как значение коэффициента распределения (D) получено, его можно выразить в виде логарифма D из-за амплитуды значений D.

Чтобы получить коэффициент распределения (D), водная фаза должна быть забуферена; другими словами, при определенном pH, который необходимо указывать при обращении к значению полученного коэффициента распределения.

Определение D удобно проводить при pH 7,4. Этот pH соответствует pH крови и представляет условия, с которыми лекарства или соединения будут встречаться во внутриклеточной среде и во внеклеточной среде.

Для неионизируемого соединения log D = log P, независимо от используемого pH.

Экспериментальное определение коэффициента распределения

Есть несколько методов измерения коэффициента разделения (P). К ним относятся метод встряхиваемой бутылки и высокоэффективная жидкостная хроматография. Оба требуют предварительных знаний о растворимости исследуемого вещества как в н-октаноле, так и в воде.

Метод встряхивания колбы

Образец растворяют в н-октаноле, насыщенном водой, который будет распределен в делительной или декантирующей воронке с водой, насыщенной н-октанолом. Насыщение растворителем необходимо, чтобы избежать переноса растворителя в процессе разделения.

Делительную воронку подвергают механическому перемешиванию в течение определенного времени. Затем ему дают постоять в течение длительного времени, чтобы обеспечить полное разделение. В заключение, фазы разделяют декантацией.

Затем концентрация образца в каждом из растворителей определяется спектрофотометрическим методом; например, УФ-видимый или другой метод. Наконец, с полученными данными, коэффициент разделения и log P.

Преимущество этого метода заключается в том, что он недорогой, воспроизводимый и высокоточный. Таким образом, это наиболее надежный метод определения log P.

Основным недостатком метода является то, что он требует очень много времени: более 24 часов для выполнения уравновешивания жидкости, перемешивания и разделения фаз во время процесса разделения. Кроме того, это применимо только к веществам, растворимым в н-октаноле и воде.

Метод высокоэффективной жидкостной хроматографии

Журнал P может быть получен путем сопоставления времени удерживания образца со временем удерживания эталонного соединения аналогичной химической структуры с известным значением P.

Это метод, при котором значение log P получается менее чем за 20 минут. Он дает значения log p от 0 до 6, что соответствует только гидрофобным веществам.

Недостатком является то, что значение P определяется с помощью линейной регрессии, поэтому несколько соединений с химической структурой, аналогичной образцу, и известными значениями log P следует использовать в качестве эталона.

Приложения

Оптимизация действия препарата

При проглатывании лекарство должно достигнуть просвета тонкой кишки, где абсорбируется большая часть веществ. Затем он проходит через внутреннюю часть клеток, растворяясь в липидном бислое, который является частью мембраны. Этому процессу способствует гидрофобность препарата.

Лекарство должно проходить через клетки кишечника, пересекая базальную мембрану, чтобы достичь крови и достичь целевых рецепторов для действия лекарства. Некоторым стадиям общего процесса способствует гидрофобная природа препарата, а другим нет.

Необходимо найти такое значение коэффициента распределения, которое позволяет всем процессам, необходимым для действия препарата и благополучия организма, быть удовлетворительными.

Использование чрезмерно гидрофобных препаратов может быть токсичным, так как их метаболизм может производить потенциально вредные метаболиты. С другой стороны, полностью гидрофильные лекарства плохо всасываются в кишечнике.

агрохимикатов

На активность инсектицидов и гербицидов влияет их гидрофобная природа. Однако гидрофобность связана с более длительным периодом полураспада. Таким образом, загрязняющее воздействие на окружающую среду продолжается и может нанести экологический ущерб.

Эффективные гидрофобные продукты должны производиться с более коротким периодом полураспада.

Забота об окружающей среде

Гидрофобные соединения обычно являются загрязняющими веществами для окружающей среды, поскольку они выводятся через землю и могут достигать грунтовых вод, а затем и речных вод.

Зная коэффициент распределения соединения, в его химическую структуру можно внести изменения, которые изменят его гидрофобность, чтобы уменьшить его загрязняющее воздействие на окружающую среду.

В гидрогеологии используется коэффициент распределения октанол / вода (Kow) для управления потоком гидрофобных соединений как в почве, так и в грунтовых водах.

Ссылки

1. Баннан, С.К., Калабро, Г., Кю, Д.Й., и Мобли, Д.Л. (2016). Расчет коэффициентов распределения малых молекул в октанол / вода и циклогексан / вода. Журнал химической теории и вычислений, 12 (8), 4015–4024. DOI: 10.1021 / acs.jctc.6b00449
2. Wikipedia. (2019). Коэффициент распределения. Получено с: es.wikipedia.org
3. Национальный университет Колумбии. (SF). Блок 8: Экспериментальное определение коэффициента распределения барбитуратов. , Получено с: red.unal.edu.co
4. Севье. (2019). Коэффициент распределения. Science Direct. Получено с: sciencedirect.com
5. Seeboo Hemnath. (2019). Коэффициент разделения: определение и расчет. Учиться. Получено с: study.com