Кіріспе
Теңгерімдегі қоспадағы концентрациялардың арақатынасы. Физика ғылымдарында бөлу коэффициенті (P) немесе таралу коэффициенті (D) – екі араласпайтын еріткіштің теңгерімдегі қоспасындағы заттың концентрацияларының арақатынасы. Бұл қатынас, сәйкесінше, осы екі сұйықтықтағы еріген заттың ерігіштігін салыстыру болып табылады. Бөлу коэффициенті көбінесе заттың иондалмаған түрлерінің концентрация қатынасын көрсетеді, ал таралу коэффициенті – заттың барлық түрлерінің (иондалған және иондалмаған) концентрация қатынасын көрсетеді. Химия және фармацевтика ғылымдарында екі фаза да әдетте еріткіштер болып табылады. Көбінесе, бір еріткіш су, ал екіншісі – гидрофобты, мысалы, 1-октанол. Осылайша, бөлу коэффициенті химиялық заттың гидрофильді (суды жақсы көретін) немесе гидрофобты (судан қашқақ) екенін көрсетеді. Бөлу коэффициенттері дәрілердің организмде таралуын болжау үшін пайдалы. Жоғары октанол-су бөлу коэффициентіне ие гидрофобты дәрілер негізінен жасуша мембраналары сияқты гидрофобты аймақтарға таралады. Керісінше, гидрофильді дәрілер (төмен октанол/су бөлу коэффициенті) негізінен қан сарысуы сияқты сулы аймақтарда табылады. Егер еріткіштердің бірі газ, ал екіншісі сұйық болса, газ/сұйық бөлу коэффициентін анықтауға болады. Мысалы, жалпы анестетиктердің қан/газ бөлу коэффициенті анестетиктердің газ фазасынан қанға қаншалықты оңай өтуін көрсетеді. Бөлу коэффициенттерін фазалардың бірі қатты күйде болғанда да анықтауға болады, мысалы, бір фазасы балқыған металл, ал екіншісі қатты металл болғанда, немесе екі фазасы да қатты болғанда. Заттың қатты фазаға бөлінуі қатты ерітіндінің түзілуіне әкеледі. Бөлу коэффициенттерін әртүрлі тәсілдермен (қалқыту колбасымен, ЖСХХ және т.б.) эксперименттік түрде өлшеуге болады немесе әртүрлі әдістерге негізделген есептеулер арқылы бағалауға болады (фрагменттік, атомдық және т.б.). Егер зат ассоциация немесе диссоциация нәтижесінде бөлу жүйесінде бірнеше химиялық түр ретінде болса, әр түрге өз Kow мәні тағайындалады. Д мәні түрлерді ажыратпайды, тек екі фаза арасындағы заттың концентрация қатынасын көрсетеді.
In the physical sciences, a partition coefficient (P) or distribution coefficient (D) is the ratio of concentrations of a compound in a mixture of two immiscible solvents at equilibrium. This ratio is therefore a comparison of the solubilities of the solute in these two liquids. The partition coefficient generally refers to the concentration ratio of un ionized species of compound, whereas the distribution coefficient refers to the concentration ratio of all species of the compound (ionized plus un ionized). In the chemical and pharmaceutical sciences, both phases usually are solvents. Most commonly, one of the solvents is water, while the second is hydrophobic, such as 1 octanol. Hence the partition coefficient measures how hydrophilic ("water loving") or hydrophobic ("water fearing") a chemical substance is. Partition coefficients are useful in estimating the distribution of drugs within the body. Hydrophobic drugs with high octanol water partition coefficients are mainly distributed to hydrophobic areas such as lipid bilayers of cells. Conversely, hydrophilic drugs (low octanol/water partition coefficients) are found primarily in aqueous regions such as blood serum. If one of the solvents is a gas and the other a liquid, a gas/liquid partition coefficient can be determined. For example, the blood/gas partition coefficient of a general anesthetic measures how easily the anesthetic passes from gas to blood. Partition coefficients can also be defined when one of the phases is solid, for instance, when one phase is a molten metal and the second is a solid metal, or when both phases are solids. The partitioning of a substance into a solid results in a solid solution. Partition coefficients can be measured experimentally in various ways (by shake flask, HPLC, etc.) or estimated by calculation based on a variety of methods (fragment based, atom based, etc.). If a substance is present as several chemical species in the partition system due to association or dissociation, each species is assigned its own Kow value. A related value, D, does not distinguish between different species, only indicating the concentration ratio of the substance between the two phases.
Номенклатура
Ресми ұсынымдардың керісінше болғанымен, бөлу коэффициенті термині ғылыми әдебиетте басым қолданыла береді. Алайда, IUPAC осы терминнің қолданылуын тоқтатуды және оны одан да нақтырақ терминдермен алмастыруды ұсынады.
Бөлу коэффициенті және лог P
Бөлу коэффициенті, P деп қысқартылатын, екі еріткіштің (сұйық фазалардың екі фазасы) арасындағы еріген заттың концентрацияларының нақты қатынасы ретінде анықталады, әсіресе иондалмаған еріген заттар үшін, ал осы қатынастың логарифмі log P болып табылады. Егер бір еріткіш су болса, ал екіншісі – полярлы емес еріткіш болса, онда log P мәні липофильділік немесе гидрофобтылықтың өлшемі болып саналады. Иондалған формалардың санын көрсету үшін М қолданылады; I-інші форма үшін (1 ≤ I ≤ M) тиісті бөлу коэффициентінің логарифмі сол сияқты анықталады. Мысалы, октанол-су бөлісу үшін, стандартты, иондалмаған бөлу коэффициентінен ажырату үшін, иондалмаған формаға жиі log P0 символы беріледі, сондықтан иондалған еріген заттар үшін индекстелген өрнек осы мәннің I > 0 мәндер диапазонында кеңейтілген түрі болады.
To distinguish between this and the standard, un ionized, partition coefficient, the un ionized is often assigned the symbol log P0, such that the indexed expression for ionized solutes becomes simply an extension of this, into the range of values I > 0.
Таралу коэффициенті және D логарифмі
Таралу коэффициенті, log D, – екі фазаның әрқайсысындағы қосылыстың барлық түрлерінің (иондалған және иондалмаған) концентрацияларының қосындысының қатынасы болып табылады, олардың біреуі көбінесе сулы болады; осылайша, ол сулы фазаның pH-ына тәуелді, ал log D = log P – кез келген pH-та иондала алмайтын қосылыстар үшін. Олар бөліну коэффициенті бойынша реттелген, ең кішісінен ең үлкеніне дейін (ацетамид гидрофильді, ал 2,2',4,4',5-пентахлорбифенил липофильді), және олар өлшенген температурамен бірге көрсетілген (ол мәндерге әсер етеді). Компонент лог POW T (°C) Ацетамид −1.16 25 Метанол −0.81 19 Құмырсқа қышқылы −0.41 25 Диэтил эфирі 3.37 25 Гексаметилбензол 6.41 Қоршаған ортадағы басқа қосылыстардың мәндерін әртүрлі қолжетімді шолулар мен монографияларда табуға болады. P логарифмін өлшеу және оның шамаланған мәндерін есептеу қиындықтары туралы маңызды талқылаулар бірнеше шолуларда келтірілген (төменде қараңыз). Сондықтан, молекуланың P логарифмі – дәрілік химиягерлердің клиникаға дейінгі препараттарды іздеу кезінде, мысалы, препараттық кандидаттардың дәрілік қасиеттерін бағалауда қолданатын маңызды өлшемдердің бірі болып табылады. Сонымен қатар, ол зерттеулік қосылыстардың сапасын бағалау үшін липофильді тиімділікті есептеу үшін қолданылады, онда қосылыстың тиімділігі оның белсенділігі арқылы анықталады, pIC50 немесе pEC50 өлшенген мәндерінен log P мәнін алып тастау арқылы.
Values for other compounds may be found in a variety of available reviews and monographs. Critical discussions of the challenges of measurement of log P and related computation of its estimated values (see below) appear in several reviews. Hence, the log P of a molecule is one criterion used in decision making by medicinal chemists in pre clinical drug discovery, for example, in the assessment of druglikeness of drug candidates. Likewise, it is used to calculate lipophilic efficiency in evaluating the quality of research compounds, where the efficiency for a compound is defined as its potency, via measured values of pIC50 or pEC50, minus its value of log P.
Фармакокинетика
Фармакокинетика тұрғысынан (дене дәрі-дәрмекті қалай сіңіреді, метаболизміне және бөліп шығаруына қатысты), бөлу коэффициенті дәрі-дәрмектің ADME қасиеттеріне күшті әсер етеді. Сондықтан, қосылыстың гидрофобтылығы (оның бөлу коэффициентімен өлшенген) дәрілік заттың қасиеттерін анықтайтын маңызды фактор болып табылады. Нақтырақ айтқанда, дәрі-дәрмектің ауыз жолымен сіңірілуі үшін, ол әдетте ішек эпителийіндегі липидтік екі қабаттан өтуі керек (бұл процесс трансклеткалық тасымалдау деп аталады). Тиімді тасымалдау үшін, дәрі-дәрмек липидтік екі қабатқа енуге жеткілікті гидрофобты болуы керек, бірақ бір рет енгеннен кейін қайта шығу үшін тым гидрофобты болмауы керек. Сол сияқты, гидрофобтылық дәрі-дәрмектердің сіңгеннен кейін организмде таралуын және оның салдарынан метаболиздену және шығарылу жылдамдығын анықтауда маңызды рөл атқарады.
Фармакодинамика
Фармакодинамика (дәрі организмге қалай әсер етеді) тұрғысынан алғанда, гидрофобтық әсер дәрілердің олардың рецепторлық нысаналарына байланысуының негізгі қозғаушы күші болып табылады. Алайда, гидрофобты дәрілер көбінесе уыттырақ болады, себебі олар әдетте ұзақ уақыт сақталады, денеде кеңірек таралады (мысалы, жасуша ішінде), ақуыздарға байланысуда аздап таңдамалы болады және көбінесе қарқынды метаболизмге ұшырайды. Кейбір жағдайларда метаболиттер химиялық тұрғыдан белсенді болуы мүмкін. Сондықтан, препараттың терапиялық белок нысанасына жеткілікті байланысу қабілетін сақтай отырып, оны мүмкіндігінше гидрофильді етуге кеңес беріледі. Егер дәрі пассивті механизмдер арқылы (яғни мембраналар арқылы диффузия) нысаналық орындарына жетсе, препараттың идеалды тарату коэффициенті көбінесе орташа мәнді (тымырсық липофильді де, тымырсық гидрофильді де емес) болады; егер молекулалар басқа жолмен нысанаға жетсе, мұндай жалпылама ереже қолданылмайды.
Қоршаған ортаны зерттеу
Бір қосылыстың гидрофобтылығы ғалымдарға оның жер асты суларына қаншалықты оңай сіңіп, су жолдарын ластауына, сондай-ақ жануарлар мен су өсімдіктеріне қаншалықты улы екенін көрсетеді. Бөлу коэффициенті жер асты суларындағы радионуклидтердің жылжуын болжау үшін де пайдаланылады. Гидрогеология саласында октанол-су бөлу коэффициенті (Kow) топырақ пен жер асты суларындағы еріген гидрофобты органикалық қосылыстардың таралуын болжау және модельдеу үшін қолданылады.
Агрохимиялық зерттеулер
Гидрофобты инсектицидтер мен гербицидтер көбінесе тиімдірек болады. Гидрофобты агрохимиялық заттардың жартылай ыдырау кезеңі ұзақ болғандықтан, олардың қоршаған ортаға кері әсер ету қаупі артады.
Металлургия
Металлургияда бөліну коэффициенті балқыған және қатаятын металл арасындағы әр түрлі қоспалардың таралуын анықтаудағы маңызды фактор болып табылады. Бұл зоналық балқыту арқылы тазарту үшін өте маңызды параметр және бағытталған қатаю арқылы қоспаны қаншалықты тиімді жоюға болатынын анықтайды, бұл Scheil теңдеуімен сипатталған.
Өлшем
Таралу коэффициентін өлшеудің бірнеше әдістері әзірленді, оның ішінде шайқату колбасы, бөлу шұңқыры әдісі, кері фазалы ЖСХЖ (HPLC) және pH-метриялық әдістер. Ерітілген заттың таралуын өлшеудің ең көп қолданылатын әдісі – УФ/ВИС спектроскопиясы. Бұл әдістің артықшылығы – оның жылдамдығы (бір үлгіге 5–20 минут). Дегенмен, log P мәні сызықтық регрессия арқылы анықталатындықтан, ұқсас құрылымы бар бірнеше заттың log P мәні белгілі болуы керек, және бір химиялық класс есебінен екіншісіне экстраполяция жасау – яғни, бір химиялық класс үшін алынған регрессия теңдеуін екінші классқа қолдану – сенімді болмауы мүмкін, себебі әр химиялық класстың өзіне тән регрессиялық параметрлері болады.
pH-метрлік
pH метрикалық әдістер жиынтығы липофилділік pH профильдерін екі фазалы су-органикалық еріткіш жүйесінде бір қышқыл-негіз титрлеу арқылы тікелей анықтайды. Екінші әдіс – тамшы тәжірибелері. Бұл тәжірибеде, өткізгіш қатты дене, тотығу-тотықсыздануға белсенді сұйық фаза тамшылары және электролит ерітіндісі арасындағы үштік интерфейстегі реакция зарядталған бөлшекті интерфейс арқылы тасымалдауға қажетті энергияны анықтау үшін қолданылды.
Бір жасушалы әдіс
Бір жасуша деңгейінде дәрілік заттардың бөлу коэффициентін анықтауға бағытталған әрекеттер бар. Бұл стратегия жеке жасушалардағы концентрацияны анықтау әдістерін талап етеді, яғни флуоресценттік корреляциялық спектроскопия немесе сандық бейне талдау арқылы. Бір жасуша деңгейіндегі бөлу коэффициенті жасушаларға сіңу механизмі туралы мәліметтер береді. Есептелген бөлу коэффициенттері жаңа дәрілік заттарды іздеу кезінде скрининг кітапханаларын оңтайландыру және синтезден бұрын жобаланған кандидаттардың дәрілік қасиеттерін болжау үшін кеңінен қолданылады. Төменде егжей-тегжейлі талданғандай, бөлу коэффициенттерін бағалау үшін фрагменттік, атомдық және химиялық құрылым туралы білімге негізделген әдістер сияқты әртүрлі тәсілдерді пайдалануға болады. Басқа болжамдау әдістері ерігіштік сияқты басқа эксперименттік өлшемдерге сүйенеді. Әдістердің дәлдігі де әртүрлі, оларды барлық молекулаларға қолдануға бола ма, әлде тек бұрын зерттелген молекулаларға ұқсас молекулаларға ғана қолдануға бола ма, соған байланысты.
Атомдық
Осы типтегі стандартты тәсілдер атомдық үлестерді қолдана отырып, оларды жасаушылар префикс әріптерімен атады: AlogP, MlogP. Сенімді корреляция алу үшін, дәрілердегі ең көп кездесетін элементтер (сутек, көміртек, оттегі, күкірт, азот және галогендер) молекуладағы атомның жағдайына байланысты бірнеше атом түріне бөлінеді. Бұл әдіс көбінесе ең аз дәлдікті көрсетеді, бірақ оның артықшылығы – ол ең жалпылама, көптеген молекулалар үшін шамамен бағалау беруге қабілетті. Бұл әдіс әдетте, ұқсас химиялық құрылымы бар және белгілі log P мәндері бар қосылыстар үшін log P мәндерін есептеуде өте сәтті. Молекулалық іздеу тәсілдері ұқсастық матрицасына негізделген болжамды немесе молекулалық құрылымдық бөліктерге автоматты жіктеу схемасын қолданады. Сонымен қатар, ең көп ортақ субграфтарды іздеу немесе молекулалық ядроларды қолдану тәсілдері де бар.
Октанол-су бөлу коэффициенті
n Октанол мен су арасындағы бөлу коэффициенті n октанол-су бөлу коэффициенті немесе Kow деп аталады. Ол, әсіресе ағылшын тіліндегі әдебиеттерде, көбінесе P символымен белгіленеді. Бұл көрсеткіш n октанол-су бөлу қатынасы деп те аталады. Kow, бөлу коэффициентінің бір түрі болғандықтан, заттың липофильдігі (майға ерігіштігі) мен гидрофильдігі (суға ерігіштігі) арасындағы байланысты өлшеуге мүмкіндік береді. Егер зат октанол сияқты майлы еріткіштерде жақсы еритін болса, оның мәні бірден жоғары болады, ал суға жақсы еритін болса, бірден төмен болады.
Үлгілер
Лог Коу мәндері әдетте 3 (өте гидрофильді) пен +10 (өте липофильді/гидрофобты) аралығында болады. Мұнда көрсетілген мәндер бөліну коэффициенті бойынша реттелген. Ацетамид гидрофильді, ал 2,2′,4,4′,5 пентахлорбифенил липофильді. +ЗатЛог KOWTДереккөзАцетамид-1.15525 °СМәтанол-0.82419 °СФорма қышқылы-0.41325 °СДиэтил эфирі0.83320 °Сп-дихлорбензол3.37025 °СГексаметилбензол4.61025 °С2,2′,4,4′,5 Пентахлорбифенил6.410Бөлме температурасы