FORDELINGSKOEFFICIENT: DISTRIBUTION, DISTRIBUTION, APPLIKATIONER - KEMI - 2025

Den partition eller fordelingskoefficienten defineres som forholdet mellem koncentrationen af et kemisk stof eller opløst stof mellem to medier i ligevægt. Dette medium kan være en gaslignende luft; en væske, såsom vand eller olie; eller en kompleks blanding som blod eller andet væv.

Blod / luft-fordelingskoefficient er vigtig for at forklare den gasudveksling, der finder sted i lungerne, mellem blodet og atmosfæren.

Diagram, der forklarer partitionskoefficienten for tre opløste stoffer mellem to faser. Kilde: Perdula

Billedet ovenfor demonstrerer på en forenklet og genial måde konceptet forklaret. Hver figur repræsenterer en analyt, som er fordelt og / eller fordelt mellem to ikke-blandbare faser: den ene øvre og den anden nederste.

De grønne firkanter er overvejende i den øverste fase; mens de røde trekanter opløses mere i den nedre fase, og de lilla cirkler vælger at være ved grænsefladen.

Det er værdsat hvordan K _D varierer for hver analyt. Hvis K _D er større end 1, vil analytten distribuere mere mod den øvre fase; hvis dens værdi er tæt på 1, vil den have en tendens til at være ved grænsefladen; eller hvis tværtimod K _D er mindre end 1, vil det være hovedsagelig i den nedre fase.

En af formerne for fordelingskoefficient er den, der findes mellem to ikke-blandbare væsker i ligevægt; ligesom n-oktansystemet og vand. Dette system er blevet brugt til at etablere en vigtig egenskab ved en forbindelse: dets hydrofobe eller hydrofile karakter.

Værdien af ​​fordelingskoefficienten (P) eller fordelingskoefficienten (K) tjener til at indikere hydrofobiciteten af ​​et lægemiddel. Således kan det bruges til at forudsige dens intestinale absorption, distribution, metabolisme og udskillelsesproces.

Fordelingskoefficient

Definition

Substitutionskoefficienten (K) for et stof, også kaldet partitionskoefficienten (P), er kvotienten til at opdele koncentrationerne af et stof i to faser; består af blandingen af ​​to opløsningsmidler, der ikke kan blandes, fordi de har forskellige densiteter og karakterer.

Værdien af ​​fordelingskoefficienten (K) eller partitionen (P) er relateret til forskellen i stoffets opløselighed i de ikke-blandbare væsker, der er en del af blandingen.

K eller P = ₁ / ₂

₁ er koncentrationen af ​​stoffet i væske 1. Og ₂ er koncentrationen af ​​det samme stof i væske 2.

Tolkning

Hvis K eller P har en værdi, der er lig med 3, indikerer det, at stoffet er 3 gange mere koncentreret i væske 1 end i væske 2. Men på samme tid indikerer det også, at stoffet er mere opløseligt i væske 1.

Hvis værdien af ​​K eller P nu er 0,3, har stoffet en højere koncentration i væske 2; og derfor er dens opløselighed højere i væske 2 end i væske 1.

Oktanol / vand-fordelingskoefficient

I nogle forskningsområder, såsom organisk kemi og farmaceutiske stoffer, består blandingen af ​​væsker af vand og en apolær væske, såsom n-oktanol eller 1-oktanol, hvorfor der ofte henvises til octanolfordelingskoefficienten / vand repræsenteret af Pow.

N-octanol har en densitet på 0,824 g / cm ³; medens vand, som det er kendt, har en densitet på tilnærmelsesvis konstant 1 g / cm ³. Når de to væsker er blevet afbalanceret, optager n-oktanol den øverste del af blandingen af ​​ikke-blandbare væsker, der er blevet kaldt væske 1.

Et hydrofobt stof vil have en højere koncentration i n-oktanol, når de blandbare væsker er afbalanceret. På den anden side vil et hydrofilt stof have en højere koncentration i vand.

Begrænsninger

Opdelings- eller distributionskoefficienten gælder for ikke-ioniserede stoffer. I det tilfælde, hvor fordelingskoefficienten måles i et ioniserbart stof, skal pH justeres eller en buffer anvendes i den vandige fase for at sikre, at stoffet fremlægges som uadskillet.

Ved bestemmelse af fordelingskoefficienten bør overfladeaktive stoffer eller overfladeaktive stoffer ikke anvendes, da disse stoffer på grund af deres amfifile natur er placeret ved grænsefladen mellem ikke-blandbare væsker.

Fordelingskoefficienten n-octanol / vand udtrykkes sædvanligvis i logaritmisk form; det vil sige som log P eller log K på grund af amplituden af ​​værdierne af P og K.

Hvis P-loggen for et stof er større end 0, er det tegn på, at stoffet er hydrofobt. Omvendt, hvis P-loggen er mindre end 0 (det vil sige negativ), indikerer dette, at stoffet er hydrofil.

Distributionskoefficient (D)

Distributionskoefficienten (D) er kvotienten mellem koncentrationen af ​​alle stoffer, ioniserede og ikke-ioniserede, i væske 1 (n-oktanol) og koncentrationen af ​​de samme stoffer i væske 2 (vand).

Når først værdien af ​​distributionskoefficienten (D) er opnået, kan den udtrykkes som en logaritme af D på grund af amplituden af ​​værdierne af D.

For at opnå distributionskoefficienten (D) skal den vandige fase være bufret; med andre ord ved en bestemt pH-værdi, som skal angives, når der henvises til værdien af ​​den opnåede distributionskoefficient.

Det er praktisk at udføre bestemmelsen af ​​D ved pH 7,4. Denne pH svarer til blodets og repræsenterer de betingelser, som lægemidler eller forbindelser vil støde på i det intracellulære miljø og i det ekstracellulære miljø.

For en ikke-ioniserbar forbindelse skal log D = log P, uanset den anvendte pH.

Eksperimentel bestemmelse af en partitionskoefficient

Der er flere metoder til måling af fordelingskoefficient (P). Disse inkluderer rysteflaske-metoden og højtydende væskekromatografi. Begge kræver forudgående viden om opløseligheden af ​​teststoffet, både i n-octanol og i vand.

Ryst kolbe-metoden

Prøven opløses i n-octanol mættet med vand, der opdeles i en separat tragt eller dekanteres med vand mættet med n-octanol. Opløsningsmætning er nødvendig for at undgå overførsel af opløsningsmiddel under opdelingsprocessen.

Den skilletragt udsættes for mekanisk omrøring i et bestemt tidsrum. Det er derefter tilladt at stå i lang tid for at sikre fuldstændig adskillelse. Afslutningsvis adskilles faserne ved dekantering.

Derefter bestemmes koncentrationen af ​​prøven i hvert af opløsningsmidlerne ved hjælp af en spektrofotometrisk metode; f.eks. UV-synlig eller anden metode. Endelig med de opnåede data partitionskoefficienten og log P.

Denne metode har fordelen ved at være billig, reproducerbar og meget nøjagtig. I sammendraget er det den mest pålidelige metode til bestemmelse af log P.

Den største ulempe ved fremgangsmåden er, at det er meget tidskrævende: mere end 24 timer at udføre væskeekvilibrering, omrøring og faseseparation under opdelingsprocessen. Desuden er det kun anvendeligt på stoffer, der er opløselige i n-octanol og vand.

Højtydende væskekromatografimetode

Loggen P kan opnås ved at korrelere prøveens retentionstid med retentionstiden for en referenceforbindelse med lignende kemisk struktur med en kendt P-værdi.

Det er en metode, hvor log P-værdien opnås i en tid på mindre end 20 minutter. Det giver log p-værdier mellem 0 og 6, som kun svarer til hydrofobe stoffer.

Ulempen er, at P-værdien bestemmes ved lineær regression, så flere forbindelser med kemisk struktur, der ligner prøven og kendte log P-værdier, bør anvendes som reference.

Applikationer

Optimering af lægemiddelhandling

Hvis et lægemiddel indtages, skal det nå tyndtarmen, hvor de fleste af stofferne absorberes. Derefter passerer det gennem det indre af cellerne og opløses i lipid-dobbeltlaget, der er en del af membranen. Denne proces favoriseres af lægemidlets hydrofobe karakter.

Lægemidlet skal passere gennem tarmceller, krydse kældermembranen for at nå blodet og nå målreceptorerne for lægemiddelvirkning. Nogle faser i den overordnede proces er foretrukket af lægemidlets hydrofobe karakter, men andre er det ikke.

Der skal findes en værdi af fordelingskoefficienten, der gør det muligt for alle de processer, der er nødvendige for at lægemidlets virkning og kroppens velvære er tilfredsstillende.

Brug af overdrevent hydrofobe lægemidler kan være giftig, da deres stofskifte kan producere potentielt skadelige metabolitter. På den anden side har totalt hydrofile lægemidler vanskeligheder med hensyn til absorption af tarmen.

landbrugskemikalier

Aktiviteten af ​​insekticider og herbicider påvirkes af deres hydrofobe karakter. Imidlertid er hydrofobicitet forbundet med en længere halveringstid. Derfor er den forurenende virkning på miljøet forlænget og kan forårsage økologisk skade.

Effektive hydrofobe produkter skal fremstilles med en kortere halveringstid.

Miljøpleje

Hydrofobe forbindelser er normalt forurenende stoffer for miljøet, da de drænes gennem jorden, idet de kan nå grundvandet og senere flodvandet.

Når man kender en forbunds fordelingskoefficient, kan der foretages ændringer i dens kemiske struktur, der ændrer dens hydrofobicitet for at reducere dens forurenende virkning på miljøet.

Hydrogeologi bruger fordelingskoefficienten octanol / vand (Kow) til at kontrollere strømmen af ​​hydrofobe forbindelser, både i jorden og i grundvandet.

Referencer

1. Bannan, CC, Calabró, G., Kyu, DY, & Mobley, DL (2016). Beregning af fordelingskoefficienter for små molekyler i oktanol / vand og cyclohexan / vand. Tidsskrift for kemisk teori og beregning, 12 (8), 4015–4024. doi: 10.1021 / acs.jctc.6b00449
2. Wikipedia. (2019). Fordelingskoefficient. Gendannet fra: es.wikipedia.org
3. Det nationale universitet i Colombia. (Sf). Enhed 8: Eksperimentel bestemmelse af barbituratfordelingskoefficienten.. Gendannes fra: red.unal.edu.co
4. Sevier. (2019). Fordelingskoefficient. Science Direct. Gendannes fra: sciencedirect.com
5. Seeboo Hemnath. (2019). Partitionskoefficient: Definition og beregning. Undersøgelse. Gendannes fra: study.com