КОЕФИЦИЕНТ НА РАЗПРЕДЕЛЕНИЕ: РАЗПРЕДЕЛЕНИЕ, РАЗПРЕДЕЛЕНИЕ, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

Коефициентът на разпределение или разпределение се определя като съотношението на концентрацията на химичен вид или разтворено вещество между две среди в равновесие. Тази среда може да бъде газ като въздух; течност като вода или масло; или сложна смес като кръв или други тъкани.

Коефициентът на разпределение кръв / въздух е важен за обясняване на газообмена, който се случва в белите дробове, между кръвта и атмосферата.

Диаграма, обясняваща коефициента на разделяне за три разтворени вещества между две фази. Източник: Пердула

Изображението по-горе демонстрира по опростен и блестящ начин обяснението на концепцията. Всяка фигура представлява аналит, който се разпределя и / или разпределя между две несмесими фази: едната горна, а другата долна.

Зелените квадратчета са предимно в горната фаза; докато червените триъгълници се разтварят повече в долната фаза, а лилавите кръгове избират да бъдат на границата.

Преценено е, как K _D варира за всеки аналит. Ако K _D е по-голям от 1, аналитът ще се разпредели повече към горната фаза; ако стойността му е близка до 1, тя ще бъде склонна към интерфейса; или ако напротив, K _D е по-малък от 1, той ще бъде главно в долната фаза.

Една от формите на коефициент на разделяне е тази, съществуваща между две несмешими течности в равновесие; както са n-октановата система и водата. Тази система се използва за установяване на важно свойство на съединението: неговия хидрофобен или хидрофилен характер.

Стойността на коефициента на разпределение (P) или коефициента на разпределение (K) служи за индикация на хидрофобността на лекарството. По този начин може да се използва за прогнозиране на чревната му абсорбция, разпределение, метаболизъм и екскреция.

Коефициент за разделяне

дефиниция

Коефициентът на разпределение (K) на веществото, наричан също коефициент на разпределение (P), е коефициентът на разделяне на концентрациите на вещество на две фази; съставен от сместа от два разтворителя, които са несмесими, тъй като имат различна плътност и характер.

Стойността на коефициента на разпределение (K) или на разделянето (P) е свързана с разликата в разтворимостта на веществото в несмесващите се течности, които са част от сместа.

К или P = ₁ / ₂

₁ е концентрацията на веществото в течност 1. И ₂ е концентрацията на същото вещество в течност 2.

Интерпретация

Ако K или P има стойност, равна на 3, това означава, че веществото е 3 пъти по-концентрирано в течност 1, отколкото в течност 2. Но в същото време това също показва, че веществото е по-разтворимо в течност 1.

Сега, ако стойността на K или P е 0,3, веществото има по-висока концентрация в течност 2; и следователно разтворимостта му е по-висока в течност 2, отколкото в течност 1.

Коефициент на разпределение на октанол / вода

В някои области на изследвания, като органична химия и фармацевтични продукти, сместа от течности се състои от вода и неполярна течност, като n-октанол или 1-октанол, поради което често се посочва коефициентът на разпределение на октанол. / вода, представена от Pow.

N-октанол има плътност от 0,824 гр / см ³; докато водата, както е известно, има плътност от приблизително постоянно 1 г / см ³. След като двете течности се балансират, n-октанолът заема горната част на сместа от несмешими течности, която се нарича Течност 1.

Хидрофобното вещество ще има по-висока концентрация в n-октанол, след като несмешимите течности се балансират. От друга страна, хидрофилното вещество ще има по-висока концентрация във вода.

Ограничения

Коефициентът на разпределение или разпределение се прилага за неионизирани вещества. В случай, че коефициентът на разпределение се измерва в йонизируемо вещество, рН трябва да се коригира или да се използва буфер във водната фаза, за да се гарантира, че веществото се представя като недисоциирано.

При определяне на коефициента на разпределение не трябва да се използват повърхностно активни вещества или повърхностно активни вещества, тъй като тези вещества, поради своето амфифилно естество, се намират на границата на несмесваеми течности.

Коефициентът на разпределение n-октанол / вода обикновено се изразява в логаритмична форма; тоест като log P или log K, поради амплитудата на стойностите на P и K.

Ако log на P за вещество е по-голям от 0, това е показателно, че веществото е хидрофобно. Обратно, ако дневникът на P е по-малък от 0 (тоест отрицателен), това показва, че веществото е хидрофилно.

Коефициент на разпределение (D)

Коефициентът на разпределение (D) е коефициентът между концентрацията на всички вещества, йонизирани и нейонизирани в течност 1 (n-октанол) и концентрацията на същите вещества в течност 2 (вода).

След като е получена стойността на коефициента на разпределение (D), тя може да бъде изразена като логаритъм на D поради амплитудата на стойностите на D.

За да се получи коефициентът на разпределение (D), водната фаза трябва да бъде буферирана; с други думи, при определено pH, което трябва да бъде посочено, когато се отнася до стойността на получения коефициент на разпределение.

Удобно е да се извърши определянето на D при pH 7.4. Това рН съответства на това на кръвта и представлява условията, при които лекарствата или съединенията ще срещнат във вътреклетъчната среда и в извънклетъчната среда.

За неионизиращо съединение log D = log P, независимо от използваното pH.

Експериментално определяне на коефициент на разпределение

Има няколко метода за измерване на коефициента на разпределение (P). Те включват метода на разклащането на бутилката и високоефективната течна хроматография. И двете изискват предварително познаване на разтворимостта на изпитваното вещество, както в n-октанол, така и във вода.

Метод за разклащане на колба

Пробата се разтваря в n-октанол, наситен с вода, който ще бъде разделен в отделна фуния или декантиран с вода, наситена с n-октанол. Насищането с разтворители е необходимо, за да се избегне прехвърлянето на разтворител по време на процеса на разделяне.

Разделителната фуния се подлага на механично разбъркване за определено време. След това се оставя да престои дълго време, за да се осигури пълно отделяне. В заключение, фазите са разделени чрез декантиране.

След това концентрацията на пробата във всеки от разтворителите се определя с помощта на спектрофотометричен метод; например UV-видим или друг метод. И накрая, с получените данни, коефициентът на разпределение и log P.

Този метод има предимството, че е евтин, възпроизводим и високо точен. В обобщение това е най-надеждният метод за определяне на log P.

Основният недостатък на метода е, че отнема много време: повече от 24 часа за извършване на течно равновесие, разбъркване и разделяне на фазите по време на процеса на разделяне. Освен това, той е приложим само за вещества, разтворими в n-октанол и вода.

Метод с висока ефективност на течна хроматография

Регистрацията Р може да бъде получена чрез съпоставяне на времето на задържане на пробата с времето на задържане на референтно съединение с подобна химична структура с известна Р стойност.

Това е метод, при който стойността на log P се получава за време, по-малко от 20 минути. Той дава log p стойности между 0 и 6, което съответства само на хидрофобни вещества.

Недостатъкът е, че стойността на Р се определя чрез линейна регресия, поради което няколко съединения с химическа структура, подобни на пробата и известни стойности на log P, трябва да се използват като ориентир.

Приложения

Оптимизация на лекарственото действие

Ако лекарство се приема, то трябва да достигне до лумена на тънките черва, където се абсорбира голяма част от веществата. След това той преминава през вътрешността на клетките, като се разтваря в липидния двуслоен, който е част от мембраната. Този процес се благоприятства от хидрофобния характер на лекарството.

Лекарството трябва да премине през чревни клетки, пресичайки междинната мембрана, за да достигне кръвта и да достигне целевите рецептори за действие на лекарството. Някои етапи от цялостния процес се благоприятстват от хидрофобния характер на лекарството, но други не са.

Трябва да се намери стойност на коефициента на разпределение, която позволява всички процеси, необходими за действието на лекарството и телесното благополучие, да бъдат задоволителни.

Употребата на прекомерно хидрофобни лекарства може да бъде токсична, тъй като техният метаболизъм може да произведе потенциално вредни метаболити. От друга страна, напълно хидрофилните лекарства имат затруднения при чревна абсорбция.

Агрохимикали

Активността на инсектицидите и хербицидите се влияе от тяхната хидрофобна природа. Хидрофобността обаче е свързана с по-дълъг период на полуразпад. Следователно, замърсяващият ефект върху околната среда е продължителен и може да причини екологични щети.

Ефективните хидрофобни продукти трябва да се произвеждат с по-кратък период на полуразпад.

Грижа за околната среда

Хидрофобните съединения обикновено са замърсители за околната среда, тъй като се оттичат през земята, като могат да достигнат до подземните води, а по-късно и до речните води.

Познавайки коефициента на разпределение на съединението, могат да бъдат направени промени в неговата химическа структура, които да променят хидрофобността му, за да се намали замърсяващото му действие върху околната среда.

Хидрогеологията използва коефициента на разпределение на октанол / вода (Kow), за да контролира потока на хидрофобните съединения, както в почвата, така и в подземните води.

Препратки

1. Bannan, CC, Calabró, G., Kyu, DY, & Mobley, DL (2016). Изчисляване на разпределителни коефициенти на малки молекули в октанол / вода и циклохексан / вода. Списание за химическа теория и изчисления, 12 (8), 4015–4024. doi: 10.1021 / acs.jctc.6b00449
2. Wikipedia. (2019). Коефициент за разделяне. Възстановено от: es.wikipedia.org
3. Национален университет на Колумбия. (SF). Блок 8: Експериментално определяне на коефициента на разпределение на барбитура., Възстановено от: red.unal.edu.co
4. По-северният. (2019). Коефициент за разделяне. Science Direct. Възстановено от: sciencedirect.com
5. Seeboo Hemnath. (2019). Коефициент на дяла: Определение и изчисление. Изследване. Възстановено от: study.com