VERDELINGSCOËFFICIËNT: DISTRIBUTIE, DISTRIBUTIE, TOEPASSINGEN - CHEMIE - 2026

De verdelingscoëfficiënt of verdelingscoëfficiënt wordt gedefinieerd als de verhouding van de concentratie van een chemische soort of opgeloste stof tussen twee media in evenwicht. Dit medium kan een gasachtige lucht zijn; een vloeistof zoals water of olie; of een complex mengsel zoals bloed of andere weefsels.

De bloed / lucht-verdelingscoëfficiënt is belangrijk om de gasuitwisseling die plaatsvindt in de longen, tussen het bloed en de atmosfeer, te verklaren.

Diagram dat de verdelingscoëfficiënt voor drie opgeloste stoffen tussen twee fasen uitlegt. Bron: Perdula

De afbeelding hierboven toont op een vereenvoudigde en briljante manier het concept uitgelegd. Elk cijfer stelt een analyt voor, die zijn verdeeld en / of verdeeld over twee niet-mengbare fasen: de ene bovenste en de andere onderste.

De groene vierkanten bevinden zich voornamelijk in de bovenste fase; terwijl de rode driehoeken meer oplossen in de lagere fase, en de paarse cirkels ervoor kiezen om op het grensvlak te staan.

Het wordt gewaardeerd hoe K _D voor elke analyt varieert . Als K _D groter is dan 1, verspreidt de analyt zich meer naar de bovenste fase; als de waarde dicht bij 1 ligt, zal deze meestal op de interface staan; of als daarentegen K _D kleiner is dan 1, zal het voornamelijk in de lagere fase zijn.

Een van de vormen van verdelingscoëfficiënt is die tussen twee niet-mengbare vloeistoffen in evenwicht; net als het n-octaan-systeem en water. Dit systeem is gebruikt om een ​​belangrijke eigenschap van een verbinding vast te stellen: het hydrofobe of hydrofiele karakter ervan.

De waarde van de verdelingscoëfficiënt (P) of verdelingscoëfficiënt (K) dient om de hydrofobiciteit van een geneesmiddel aan te geven. Het kan dus worden gebruikt om zijn intestinale absorptie, distributie, metabolisme en uitscheidingsproces te voorspellen.

Verdelingscoëfficiënt

Definitie

De verdelingscoëfficiënt (K) van een stof, ook wel verdelingscoëfficiënt (P) genoemd, is het quotiënt waarmee de concentraties van een stof in twee fasen worden verdeeld; samengesteld uit het mengsel van twee oplosmiddelen die niet mengbaar zijn omdat ze verschillende dichtheden en aard hebben.

De waarde van de verdelingscoëfficiënt (K) of verdelingscoëfficiënt (P) is gerelateerd aan het verschil in oplosbaarheid van de stof in de niet-mengbare vloeistoffen die deel uitmaken van het mengsel.

K of P = ₁ / ₂

₁ is de concentratie van de stof in vloeistof 1. En ₂ is de concentratie van dezelfde stof in vloeistof 2.

Interpretatie

Als K of P een waarde heeft die gelijk is aan 3, geeft dit aan dat de stof 3 keer meer geconcentreerd is in vloeistof 1 dan in vloeistof 2. Maar tegelijkertijd geeft het ook aan dat de stof beter oplosbaar is in vloeistof 1.

Als de waarde van K of P 0,3 is, heeft de stof een hogere concentratie in vloeistof 2; en daarom is de oplosbaarheid ervan hoger in vloeistof 2 dan in vloeistof 1.

Verdelingscoëfficiënt octanol / water

In sommige onderzoeksgebieden, zoals organische chemie en farmaceutica, bestaat het mengsel van vloeistoffen uit water en een apolaire vloeistof zoals n-octanol of 1-octanol, daarom wordt vaak de octanolverdelingscoëfficiënt genoemd. / water vertegenwoordigd door Pow.

De n-octanol een dichtheid van 0,824 g / cm ³ ; terwijl water, zoals bekend, een dichtheid van bij benadering constant 1 g / cm ³ . Zodra de twee vloeistoffen in evenwicht zijn, neemt n-octanol het bovenste deel van het mengsel van niet-mengbare vloeistoffen in, dat Vloeistof 1 wordt genoemd.

Een hydrofobe stof zal een hogere concentratie in n-octanol hebben, zodra de niet-mengbare vloeistoffen in evenwicht zijn. Aan de andere kant zal een hydrofiele stof een hogere concentratie in water hebben.

Beperkingen

De verdelings- of verdelingscoëfficiënt geldt voor niet-geïoniseerde stoffen. In het geval dat de verdelingscoëfficiënt wordt gemeten in een ioniseerbare stof, moet de pH worden aangepast of moet een buffer worden gebruikt in de waterfase om ervoor te zorgen dat de stof als niet-gedissocieerd wordt gepresenteerd.

Bij het bepalen van de verdelingscoëfficiënt mogen oppervlakteactieve stoffen of oppervlakteactieve stoffen niet worden gebruikt, aangezien deze stoffen, vanwege hun amfifiele aard, zich op het grensvlak van niet-mengbare vloeistoffen bevinden.

De verdelingscoëfficiënt n-octanol / water wordt doorgaans in logaritmische vorm uitgedrukt; dat wil zeggen, als log P of log K, vanwege de amplitude van de waarden van P en K.

Als de log van P voor een stof groter is dan 0, is dit een indicatie dat de stof hydrofoob is. Omgekeerd, als de log van P kleiner is dan 0 (dat wil zeggen negatief), geeft dit aan dat de stof hydrofiel is.

Verdelingscoëfficiënt (D)

De verdelingscoëfficiënt (D) is het quotiënt tussen de concentratie van alle stoffen, geïoniseerd en niet-geïoniseerd, in vloeistof 1 (n-octanol) en de concentratie van dezelfde stoffen in vloeistof 2 (water).

Zodra de waarde van de verdelingscoëfficiënt (D) is verkregen, kan deze worden uitgedrukt als een logaritme van D vanwege de amplitude van de waarden van D.

Om de verdelingscoëfficiënt (D) te verkrijgen, moet de waterfase worden gebufferd; met andere woorden, bij een bepaalde pH, die moet worden aangegeven wanneer wordt verwezen naar de waarde van de verkregen verdelingscoëfficiënt.

Het is handig om de bepaling van D uit te voeren bij een pH van 7,4. Deze pH komt overeen met die van het bloed en vertegenwoordigt de condities die geneesmiddelen of verbindingen zullen tegenkomen in de intracellulaire omgeving en in de extracellulaire omgeving.

Voor een niet-ioniseerbare verbinding geldt log D = log P, ongeacht de gebruikte pH.

Experimentele bepaling van een verdelingscoëfficiënt

Er zijn verschillende methoden om de verdelingscoëfficiënt (P) te meten. Deze omvatten de schudflesmethode en hoogwaardige vloeistofchromatografie. Beide vereisen voorkennis van de oplosbaarheid van de teststof, zowel in n-octanol als in water.

Schudfles methode

Het monster wordt opgelost in n-octanol verzadigd met water, dat zal worden verdeeld in een aparte trechter of gedecanteerd met water verzadigd met n-octanol. Oplosmiddelverzadiging is noodzakelijk om overdracht van oplosmiddel tijdens het verdelingsproces te voorkomen.

De scheitrechter wordt gedurende een bepaalde tijd mechanisch geroerd. Het mag dan lang staan ​​om volledige scheiding te garanderen. Tot slot worden de fasen gescheiden door decantatie.

Vervolgens wordt de concentratie van het monster in elk van de oplosmiddelen bepaald met behulp van een spectrofotometrische methode; bijv. UV-zichtbaar of andere methode. Eindelijk, met de verkregen gegevens, de partitiecoëfficiënt en log P.

Deze methode heeft het voordeel dat ze goedkoop, reproduceerbaar en zeer nauwkeurig is. Samenvattend is het de meest betrouwbare methode om log P.

Het belangrijkste nadeel van de methode is dat het erg tijdrovend is: meer dan 24 uur om vloeistofequilibratie, roeren en fasescheiding uit te voeren tijdens het partitioneringsproces. Bovendien is het alleen van toepassing op stoffen die oplosbaar zijn in n-octanol en water.

Krachtige vloeistofchromatografiemethode

De log P kan worden verkregen door de retentietijd van het monster te correleren met de retentietijd van een referentieverbinding met een vergelijkbare chemische structuur met een bekende P-waarde.

Het is een methode waarbij de log P-waarde wordt verkregen in een tijd van minder dan 20 minuten. Het geeft log p-waarden tussen 0 en 6, wat alleen overeenkomt met hydrofobe stoffen.

Het nadeel is dat de P-waarde wordt bepaald door lineaire regressie, dus verschillende verbindingen met een chemische structuur vergelijkbaar met het monster en bekende log P-waarden moeten als referentie worden gebruikt.

Toepassingen

Optimalisatie van medicijnactie

Als een medicijn wordt ingenomen, moet het het lumen van de dunne darm bereiken, waar de meeste stoffen worden opgenomen. Vervolgens gaat het door het inwendige van de cellen en lost het op in de lipidedubbellaag die deel uitmaakt van het membraan. Dit proces wordt bevorderd door de hydrofobe aard van het medicijn.

Het medicijn moet door darmcellen gaan en het basismembraan passeren om het bloed te bereiken en de doelreceptoren voor medicijnwerking te bereiken. Sommige stadia van het algehele proces worden begunstigd door de hydrofobe aard van het medicijn, maar andere niet.

Er moet een waarde van de verdelingscoëfficiënt worden gevonden waarmee alle processen die nodig zijn voor de werking van het medicijn en het welzijn van het lichaam, bevredigend zijn.

Het gebruik van te hydrofobe geneesmiddelen kan giftig zijn, omdat hun metabolisme potentieel schadelijke metabolieten kan produceren. Aan de andere kant hebben totaal hydrofiele geneesmiddelen moeite met intestinale absorptie.

Agrochemicaliën

De activiteit van insecticiden en herbiciden wordt beïnvloed door hun hydrofobe aard. Hydrofobiciteit gaat echter gepaard met een langere halfwaardetijd. Daarom is het vervuilende effect op het milieu langdurig en kan het ecologische schade veroorzaken.

Effectieve hydrofobe producten moeten worden geproduceerd met een kortere halfwaardetijd.

Zorg voor het milieu

Hydrofobe verbindingen zijn meestal vervuilend voor het milieu, omdat ze via de bodem worden afgevoerd en zo in het grondwater en later in het rivierwater terecht kunnen komen.

Door de verdelingscoëfficiënt van een verbinding te kennen, kunnen veranderingen worden aangebracht in de chemische structuur die de hydrofobiciteit ervan wijzigen om de vervuilende werking op het milieu te verminderen.

Hydrogeologie gebruikt de octanol / water-verdelingscoëfficiënt (Kow) om de stroming van hydrofobe verbindingen te regelen, zowel in de bodem als in het grondwater.

Referenties

1. Bannan, CC, Calabró, G., Kyu, DY en Mobley, DL (2016). Verdelingscoëfficiënten van kleine moleculen in octanol / water en cyclohexaan / water berekenen. Journal of chemical theory and computation, 12 (8), 4015-4024. doi: 10.1021 / acs.jctc.6b00449
2. Wikipedia. (2019). Verdelingscoëfficiënt. Hersteld van: es.wikipedia.org
3. Nationale universiteit van Colombia. (sf). Unit 8: Experimentele bepaling van de barbituraatverdelingscoëfficiënt. . Hersteld van: red.unal.edu.co
4. De Sevier. (2019). Verdelingscoëfficiënt. Science Direct. Hersteld van: sciencedirect.com
5. Seeboo Hemnath. (2019). Verdelingscoëfficiënt: definitie en berekening. Studie. Hersteld van: study.com