Coefficiente di partizione di distribuzione, distribuzione, applicazioni

Lui coefficiente di partizione o distribuzione È definito come la ragione della concentrazione di un chimico o di un soluto tra due mezzi in equilibrio. Questo mezzo può essere un gas come l'aria; un liquido come acqua o olio; o una miscela complessa come sangue o altri tessuti.

Il coefficiente di partizione di sangue/aria è importante per spiegare lo scambio di gas che si verifica nei polmoni, tra il sangue e l'atmosfera.

Diagramma che spiega il coefficiente di distribuzione per tre soluti tra due fasi. Fonte: Perdula [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]

L'immagine superiore dimostra il concetto spiegato in modo semplificato e brillante. Ogni figura rappresenta un analita, che sono distribuiti e/o distribuiti tra due fasi impossibili: una superiore e l'altra inferiore.

I quadrati verdi si trovano principalmente nella fase superiore; Mentre i triangoli rossi si dissolvono di più nella fase inferiore e i cerchi viola scelgono di posizionarsi nell'interfaccia.

Si può vedere come k varia_D Per ogni analita. Sì k_D È maggiore di 1, l'analita verrà distribuito più verso la fase superiore; Se il suo valore è vicino a 1, tende a posizionare nell'interfaccia; o se al contrario k_D è inferiore a 1, sarà principalmente in fase inferiore.

Una delle forme del coefficiente di partizione è che esistente tra due liquidi immiscibili in equilibrio; Come lo sono il sistema n-ottano e idrico. Questo sistema è stato utilizzato per stabilire un'importante proprietà di un composto: il suo carattere idrofobico o idrofilo.

Il valore del coefficiente di partizione (P) o del coefficiente di distribuzione (k) serve a indicare il carattere idrofobo di un farmaco. Pertanto può essere usato per prevedere il suo processo di assorbimento, distribuzione, metabolismo ed escrezione intestinali.

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Coefficiente di distribuzione

Definizione

Il coefficiente di distribuzione (k) di una sostanza, chiamato anche coefficiente di partizione (P), è il rapporto di divisione delle concentrazioni di una sostanza in due fasi; costituito dalla miscela di due solventi che sono impossibili per avere densità e nature diverse.

Il valore del coefficiente di distribuzione (k) o della partizione (P) è correlato alla differenza di solubilità di sostanza nei fluidi impossibili che fanno parte della miscela.

K o p = [sostanza]₁ / [sostanza]₂

[sostanza]₁ È la concentrazione della sostanza nel liquido 1. E [sostanza]₂  È la concentrazione della stessa sostanza in liquido 2.

Interpretazione

Se K o P ha un valore pari a 3, indica che la sostanza è 3 volte più concentrata nel liquido 1 rispetto al liquido 2. Ma allo stesso tempo, sottolinea anche che la sostanza è più solubile nel liquido 1.

Ora, se il valore di K o P è 0,3, la sostanza ha una maggiore concentrazione nel liquido 2; e quindi la sua solubilità in liquido 2 è più vecchia rispetto al liquido 1.

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Coefficiente di partizione ottanolo/acqua

In alcune aree di ricerca come la chimica organica e il farmacista, la miscela di liquidi è formata dall'acqua e un liquido apolare come N-Octanolo o 1-ottanolo, quindi di solito è menzionato sul coefficiente di partizione ottanolo /acqua rappresentata da Pow rappresentata.

L'octanolo ha una densità di 0,824 g/cm³; Mentre l'acqua, come è noto, ha una densità di 1 g/cm³ approssimativamente costante. Una volta che i due liquidi sono stati bilanciati, N-Octch.

Una sostanza idrofobica avrà una maggiore concentrazione nell'octanolo N, una volta che i liquidi impossibili sono stati bilanciati. D'altra parte, una sostanza idrofila avrà una maggiore concentrazione in acqua.

Restrizioni

Il coefficiente di partizione o di distribuzione viene applicato a sostanze non ionizzate. Nel caso in cui il coefficiente di partizione venga misurato in una sostanza ionizzabile, il pH o l'uso di un tampone nella fase acquosa deve essere regolato per garantire che la sostanza sia presentata come non dissociata.

Nella determinazione del coefficiente di partizione, le sostanze di tensione o tensioattivo non devono essere utilizzate, poiché queste sostanze, a causa del loro carattere anfifillico, si trovano nell'interfaccia dei fluidi impossibili.

Il coefficiente di partizione N-Octanolo/acqua è generalmente espresso in forma logaritmica; cioè, come log p o log di k, a causa dell'ampiezza dei valori di p e k.

Se il log P per una sostanza è maggiore di 0, questo è indicativo che la sostanza è idrofobica. Al contrario, se il log P è inferiore a 0 (cioè negativo), questo indicherà che la sostanza è idrofila.

Coefficiente di distribuzione (D)

Il coefficiente di distribuzione (d) è il quoziente tra la concentrazione di tutte le sostanze, ionizzato e non ionizzato, nel liquido 1 (N-ortanolo) e la concentrazione delle stesse sostanze nel liquido 2 (acqua).

Una volta ottenuto il valore del coefficiente di distribuzione (d), questo può essere espresso come D -logaritmo a causa dell'ampiezza dei valori D.

Per ottenere il coefficiente di distribuzione (D), la fase acquosa deve essere tamponata; cioè, a un determinato pH, che deve essere indicato quando viene fatto riferimento al valore del coefficiente di distribuzione ottenuto.

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È conveniente determinare d a pH 7,4. Questo pH corrisponde a quello del sangue e rappresenta le condizioni che farmaci o composti troveranno nell'ambiente intracellulare e nell'ambiente extracellulare.

Per un composto non -ionizzabile il log d = log p, indipendentemente dal pH utilizzato.

Determinazione sperimentale di un coefficiente di partizione

Esistono diversi metodi per la misurazione del coefficiente di partizione (P). Tra questi ci sono il metodo della bottiglia di agitazione e la cromatografia liquida ad alta risoluzione. In entrambe le precedenti conoscenze sulla solubilità della sostanza problematica è richiesta, sia nell'octanolo che in acqua.

Metodo della bottiglia di agitazione

Il campione viene sciolto in N-Ectchtanolo saturo di acqua, che verrà eseguito in un imbuto viene separato o decantazione con acqua satura. La saturazione dei solventi è necessaria per evitare il trasferimento di solventi durante il processo di partizione.

L'imbuto di decantazione è sottoposta a agitazione meccanica per un certo tempo. Quindi viene lasciato a riposo per molto tempo per garantire la completa separazione. Per concludere, le fasi sono separate dalla decantazione.

Quindi, la concentrazione del campione viene determinata in ciascuno dei solventi usando un metodo spettrofotometrico; Ad esempio, visibile UV o altro metodo. Infine, con i dati ottenuti, verranno calcolati il ​​coefficiente di partizione e il registro P.

Questo metodo ha il vantaggio di essere economici, riproducibili e alta precisione. In breve, è il metodo più affidabile nel determinare il registro P.

Il principale svantaggio del metodo è che consuma molto tempo: più di 24 ore per bilanciare i liquidi, l'agitazione e la separazione delle fasi durante il processo di partizione. Inoltre, è applicabile solo a sostanze solubili in N-Octanolo e acqua.

Metodo cromatografico liquido ad alta risoluzione

È possibile ottenere il registro P usando la correlazione del tempo di ritenzione del campione, con il tempo di ritenzione di un composto di riferimento della struttura chimica simile con un valore p noto.

È un metodo in cui il valore del log p è ottenuto in una durata inferiore a 20 minuti. Fornisce valori di registro tra 0 e 6, che corrisponde solo alle sostanze idrofobiche.

Lo svantaggio è che viene determinato il valore di p per regressione lineare, quindi diversi composti di struttura chimica simili al campione e di registri noti dovrebbero essere usati come riferimento.

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Applicazioni

Ottimizzazione dell'azione del farmaco

Se un farmaco viene ingerito, deve raggiungere la luce dell'intestino tenue, dove la maggior parte delle sostanze viene assorbita. Quindi, attraversa l'interno delle cellule, dissolvendosi nel doppio strato lipidico che fa parte della membrana. Questo processo è favorito dal carattere idrofobico del farmaco.

Il farmaco deve passare attraverso le cellule intestinali, attraversando la membrana basale per raggiungere il sangue e raggiungere i recettori bersaglio dell'azione del farmaco. Alcune fasi del processo globale sono favorite dal carattere idrofobo del farmaco, ma altri no.

È necessario trovare un valore del coefficiente di partizione che consente tutti i processi necessari per l'azione del droga e del pozzo del corpo.

L'uso di farmaci eccessivamente idrofobici può essere tossico, poiché il suo metabolismo può produrre metaboliti potenzialmente dannosi. D'altra parte, i farmaci totalmente idrofili hanno difficoltà nel loro assorbimento intestinale.

Prodotti agrochimici

L'attività di insetticidi e erbicidi è influenzata dal suo carattere idrofobo. Tuttavia, l'idrofobicità è associata a una mezza vita più lunga. Pertanto, l'effetto inquinante sull'ambiente è prolungato, essendo in grado di produrre danni ecologici.

Prodotti idrofobici che agiscono in modo efficiente, con una mezza vita più breve deve verificarsi.

Cura ambientale

I composti idrofobici sono generalmente inquinanti per l'ambiente, poiché sono drenati per terra, essendo in grado di raggiungere le acque sotterranee e successivamente le acque fluviali.

Conoscendo il coefficiente di partizione di un composto, è possibile apportare modifiche nella sua struttura chimica che modifica l'idrofobicità per ridurre la sua azione inquinante sull'ambiente.

L'idrogeologia utilizza il coefficiente di ottanolo/acqua (KOW) per controllare il flusso di composti idrofobici, sia sul terreno che nelle acque sotterranee.

Riferimenti

1. Bannan, c. C., Calabró, g., Kyu, d. E., & Mobley, D. L. (2016). Calcolo dei coefficienti di partizione di piccole molecole in ottanolo/acqua e cicloesano/acqua. Journal of Chemical Theory and Caltation, 12(8), 4015-4024. Doi: 10.1021/ACS.JCTC.6B00449
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