Коэффициент распределения октанол-вода

Мера липофильности и гидрофильности

Коэффициент распределения н -октанол-вода K _ow представляет собой коэффициент распределения для двухфазной системы, состоящей из н -октанола и воды. ^[1] Kow также часто обозначается символом P, особенно в английской литературе _. Его также называют коэффициентом распределения н -октанол-вода . ^{[2] [3] [4]}

K _ow служит мерой связи между липофильностью (растворимостью в жирах) и гидрофильностью (растворимостью в воде) вещества. Значение больше единицы, если вещество более растворимо в жироподобных растворителях, таких как н-октанол, и меньше единицы, если оно более растворимо в воде. ^{[ нужна цитата ]}

Если вещество присутствует в системе октанол-вода в виде нескольких химических видов вследствие ассоциации или диссоциации , каждому виду присваивается свое значение K _ow . Соответствующее значение D не различает разные виды, а лишь указывает на соотношение концентраций вещества между двумя фазами. ^{[ нужна цитата ]}

История

В 1899 году Чарльз Эрнест Овертон и Ганс Хорст Мейер независимо друг от друга предположили, что токсичность неионизируемых органических соединений для головастиков зависит от их способности распределяться по липофильным компартментам клеток. Они также предложили использовать коэффициент распределения в смеси оливкового масла и воды в качестве оценки липофильно-связанной токсичности. Позднее Корвин Ханш предложил использовать н-октанол в качестве недорогого синтетического спирта, который можно было получить в чистом виде в качестве альтернативы оливковому маслу. ^{[5] [6]}

Приложения

Значения K _ow используются, среди прочего, для оценки судьбы стойких органических загрязнителей в окружающей среде . Например, химические вещества с высокими коэффициентами распределения имеют тенденцию накапливаться в жировой ткани организмов ( биоаккумуляция ). Согласно Стокгольмской конвенции , химические вещества с log Kow более 5 считаются способными к биоаккумуляции _. ^[7]

Кроме того, этот параметр играет важную роль в исследованиях лекарств ( Правило пяти ) и токсикологии . Эрнст Овертон и Ганс Мейер еще в 1900 году обнаружили, что эффективность анестетика увеличивается с увеличением значения K _ow (так называемое правило Мейера-Овертона). ^[8]

Значения K _ow также дают хорошую оценку того, как вещество распределяется внутри клетки между липофильными биомембранами и водным цитозолем . ^{[ нужна цитата ]}

Оценка

Поскольку невозможно измерить K _ow для всех веществ, были разработаны различные модели, позволяющие их прогнозировать, например, количественные зависимости структура-активность (QSAR) или линейные зависимости свободной энергии (LFER) ^{[9] [10],} такие как Уравнение Гаммета . ^[9]

Вариант системы UNIFAC также можно использовать для оценки коэффициентов распределения октанол-вода. ^[11]

Уравнения

• Определение значения K _ow или P

Значение K _ow или P всегда относится только к одному виду или веществу:

${\displaystyle K_{\mathrm {ow} }=P={\frac {c_{o}^{S_{i}}}{c_{w}^{S_{i}}}}}$

с:

• ${\displaystyle c_{o}^{S_{i}}}$концентрация вида i вещества в богатой октанолами фазе
• ${\displaystyle c_{w}^{S_{i}}}$концентрация вида i вещества в богатой водой фазе

Если в системе октанол-вода возникают разные виды в результате диссоциации или ассоциации, для системы существует несколько значений P и одно значение D. С другой стороны, если вещество присутствует только в одном виде, значения P и D идентичны.

P обычно выражается в виде десятичного логарифма , т.е. Log P (также Log P _ow или, реже, Log pOW):

${\displaystyle \log {P}=\log {\frac {c_{o}^{S_{i}}}{c_{w}^{S_{i}}}}=\log c_{o}^{S_{i}}-\log c_{w}^{S_{i}}}$Log P положителен для липофильных веществ и отрицателен для гидрофильных веществ или видов.

• Определение значения D

Значение D правильно относится к соотношению концентраций одного вещества, распределенного между октанольной и водной фазами. Поэтому, если вещество встречается в нескольких видах, его можно рассчитать путем суммирования концентраций всех n видов в октанольной фазе и концентраций всех n видов в водной фазе:

${\displaystyle D={\frac {c_{o}}{c_{w}}}={\frac {c_{o}^{S_{1}}+c_{o}^{S_{2}}+\dots +c_{o}^{S_{n}}}{c_{w}^{S_{1}}+c_{w}^{S_{2}}+\dots +c_{w}^{S_{n}}}}}$

с:

• ${\displaystyle c_{o}}$концентрация вещества в богатой октанолами фазе
• ${\displaystyle c_{w}}$концентрация вещества в богатой водой фазе

Значения D также обычно задаются в виде десятичного логарифма как Log D:

${\displaystyle \log {D}=\log {\frac {c_{o}}{c_{w}}}=\log c_{o}-\log c_{w}}$

Как и Log P, Log D положителен для липофильных и отрицателен для гидрофильных веществ. В то время как значения P в значительной степени не зависят от значения pH водной фазы из-за их ограничения только одним видом, значения D часто сильно зависят от значения pH водной фазы.

Примеры значений

Значения log K _ow обычно находятся в диапазоне от -3 (очень гидрофильный) до +10 (чрезвычайно липофильный/гидрофобный). ^[12]

Перечисленные здесь значения ^[13] отсортированы по коэффициенту разделения. Ацетамид гидрофильен, а 2,2′,4,4′,5-пентахлордифенил – липофильен.

Смотрите также

• Гидрофобный эффект
• Банк данных Дортмунда

Рекомендации

1. Сангстер Дж (1997). Коэффициенты распределения октанол-вода: основы и физическая химия . Чичестер: Уайли. ISBN 0-471-97397-1. ОСЛК  36430034.
2. Маккей Д. (2021). Мультимедийные модели окружающей среды: фугитивный подход. Дж. Марк Парнис (Третье изд.). Бока-Ратон, Флорида. ISBN 978-1-000-09499-2. ОСЛК  1182869019.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
3. Ходжес Г., Идсфорт С., Боссайт Б., Буви А., Энричи М.Х., Гертс М. и др. (2019). «Сравнение значений log Kow (коэффициент распределения н-октанол-вода) для неионогенных, анионных, катионных и амфотерных поверхностно-активных веществ, определенных с использованием прогнозов и экспериментальных методов». Науки об окружающей среде Европы . 31 (1). дои : 10.1186/s12302-018-0176-7 .
4. Хендрикс А.Дж., ван дер Линде А., Корнелиссен Г., Сейм Д.Т. (июль 2001 г.). «Сила размера. 1. Константы скорости и равновесные соотношения накопления органических веществ, связанные с соотношением распределения октанол-вода и массой частиц». Экологическая токсикология и химия . 20 (7): 1399–420. дои : 10.1002/etc.5620200703. PMID  11434281. S2CID  25971836.
5. Липник Р.Л. (1989). «Механизмы наркоза, электрофильной и проэлектрофильной токсичности: применение SAR и QSAR». Экологическая токсикология и химия . 8 (1): 1–2. дои : 10.1002/etc.5620080101 .
6. Ханш C (июнь 2011 г.). «Появление и эволюция QSAR в колледже Помона». Журнал компьютерного молекулярного дизайна . 25 (6): 495–507. Бибкод : 2011JCAMD..25..495H. doi : 10.1007/s10822-011-9444-y. PMID  21678028. S2CID  1399290.
7. Стокгольмская конвенция о стойких органических загрязнителях (СОЗ) (PDF) . Женева: Программа ООН по окружающей среде. 2018. стр. Приложение D. {{cite book}}: |work=игнорируется ( помощь )
8. Эверс А.С., Краудер М. (2009). «Механизмы анестезии и сознания». В Бараше П.Г., Каллене Б.Ф., Стултинге Р.К., Каталонском М.К., Stock MC (ред.). Клиническая анестезия . Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. п. 106. ИСБН 978-0-7817-8763-5.
9. Dearden JC (сентябрь 1985 г.). «Распределение и липофильность в количественных отношениях структура-активность». Перспективы гигиены окружающей среды . 61 : 203–28. дои : 10.1289/ehp.8561203. ПМЦ 1568760 . ПМИД  3905374. 
10. Келлог GE, Авраам DJ (июль 2000 г.). «Гидрофобность: LogP(o/w) больше, чем сумма его частей?». Европейский журнал медицинской химии . 35 (7–8): 651–61. дои : 10.1016/s0223-5234(00)00167-7. ПМИД  10960181.
11. Гани Р., Абильдсков Дж., Контогеоргис Г. (30 июня 2004 г.). «Применение моделей свойств при проектировании химических продуктов». В Kontogeorgis GM, Гани Р. (ред.). Компьютерная оценка свойств для проектирования процессов и продуктов: Компьютерная химическая инженерия . Эльзевир. ISBN 978-0-08-047228-7.
12. Камминг Х., Рюкер С. (сентябрь 2017 г.). «Измерение коэффициента распределения октанол-вода простым методом 1H ЯМР». АСУ Омега . 2 (9): 6244–6249. дои : 10.1021/acsomega.7b01102. ПМК 6644330 . ПМИД  31457869. 
13. "Банк данных Дортмунда (DDB)" . Дортмундский банк данных Software & Separation Technology (DDBST) GmbH . Проверено 20 мая 2020 г.

дальнейшее чтение

• Госс КУ (июль 2003 г.). «Der Oktanol/Wasser Verteilungskoeffizient — Das Allheilmittel der Umweltchemie?» Коэффициент распределения октанол/вода – панацея для химии окружающей среды? Umweltwissenschaften und Schadstoff-Forschung (на немецком языке). 15 (4): 273–279. дои : 10.1065/uwsf2003.01.050. S2CID  102406251.</ref>
• Хеуэль-Фабианек Б. Коэффициенты распределения (Kd) для моделирования процессов переноса радионуклидов в подземных водах (PDF) . JÜL-Berichte, Forschungszentrum Jülich, Nr. 4375, 2014 г. (Отчет). ISSN  0944-2952.

Внешние ссылки

• Виртуальная лаборатория вычислительной химии интерактивный расчет и интерактивное сравнение нескольких методов
• Программное обеспечение LogP-Berechnungs от ACD (коммерческое)
• Справочник справочных материалов и баз данных с коэффициентами распределения октанол-вода
• Комплексная бесплатная база данных оцененных коэффициентов распределения октанол-вода от Sangster Research Laboratories. Архивировано 9 февраля 2009 г. на Wayback Machine.