สัมประสิทธิ์การแบ่งส่วน

Q: การตั้งชื่อ

แม้จะมีคำแนะนำอย่างเป็นทางการให้ตรงกันข้าม แต่คำว่า สัมประสิทธิ์การแบ่งส่วน ยังคงเป็นคำที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในเอกสารทางวิทยาศาสตร์ [ 8 ]

ในวิทยาศาสตร์กายภาพสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วน ( P ) หรือสัมประสิทธิ์การกระจายตัว ( D ) คืออัตราส่วนของความเข้มข้นของสารประกอบในส่วนผสมของตัวทำละลายสองชนิดที่ไม่สามารถผสม กันได้ ณสภาวะสมดุลดังนั้นอัตราส่วนนี้จึงเป็นการเปรียบเทียบความสามารถในการละลายของตัวถูกละลายในของเหลวทั้งสองชนิดนี้ โดยทั่วไปแล้ว สัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนจะหมายถึงอัตราส่วนความเข้มข้นของ สารประกอบชนิด ที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนในขณะที่สัมประสิทธิ์การกระจายตัวจะหมายถึงอัตราส่วนความเข้มข้นของสารประกอบทุกชนิด (ทั้งชนิดที่แตกตัวเป็นไอออนและไม่แตกตัวเป็นไอออน) ^{[ 1 ]}

ใน วิทยาศาสตร์ เคมีและเภสัชกรรมทั้งสองเฟสมักจะเป็นตัวทำละลาย [ ^{2 ] โดย}ทั่วไป ตัวทำละลายตัวหนึ่งคือน้ำ ในขณะที่อีกตัวหนึ่งเป็นสารที่ไม่ชอบน้ำเช่น1-ออกทานอล [ ^{3 ] ดังนั้น}ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนจึงวัดว่า สารเคมีนั้น ชอบน้ำ ("ชอบน้ำ") หรือไม่ชอบน้ำ ("กลัวน้ำ") มากน้อยเพียงใด ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนมีประโยชน์ในการประมาณการการกระจายตัวของยาภายในร่างกาย ยาที่ไม่ชอบน้ำที่มีค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนออกทานอล-น้ำ สูงส่วนใหญ่ จะกระจายไปยังบริเวณที่ไม่ชอบน้ำ เช่นเยื่อไขมันของเซลล์ ในทางกลับกัน ยาที่ชอบน้ำ (ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนออกทานอล/น้ำต่ำ) จะพบได้ในบริเวณที่เป็นน้ำเป็นหลัก เช่น ซีรั่ มในเลือด^{[ 4 ]}

หากตัวทำละลายตัวหนึ่งเป็นแก๊สและอีกตัวหนึ่งเป็นของเหลว จะสามารถกำหนดค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนแก๊ส/ของเหลวได้ ตัวอย่างเช่นค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนเลือด/แก๊สของยาสลบทั่วไปจะวัดว่ายาสลบผ่านจากแก๊สไปยังเลือดได้ง่ายเพียงใด^{[ 5 ]}นอกจากนี้ยังสามารถกำหนดค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนได้เมื่อเฟสหนึ่งเป็นของแข็งเช่น เมื่อเฟสหนึ่งเป็นโลหะ หลอมเหลว และเฟสที่สองเป็นโลหะแข็ง^{[ 6 ]}หรือเมื่อทั้งสองเฟสเป็นของแข็ง^{[ 7 ]}การแบ่งส่วนของสารเข้าไปในของแข็งส่งผลให้เกิดสารละลายของแข็ง

ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนสามารถวัดได้จากการทดลองด้วยวิธีต่างๆ (เช่น การเขย่าขวดการวิเคราะห์ด้วย HPLCเป็นต้น) หรือประมาณค่าได้จากการคำนวณโดยใช้วิธีการต่างๆ (เช่น วิธีที่อิงตามชิ้นส่วน วิธีที่อิงตามอะตอม เป็นต้น)

หากสารหนึ่งๆ มีอยู่ ในระบบการแบ่งส่วนในรูป ของสารเคมีหลายชนิดเนื่องจากการรวมตัวหรือการแตกตัวแต่ละชนิดจะได้รับ ค่า K ของตัวเอง ค่า D ที่เกี่ยวข้องจะไม่สามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างชนิดต่างๆ ได้ แต่จะบ่งบอกถึงอัตราส่วนความเข้มข้นของสารนั้นระหว่างสองเฟสเท่านั้น

การตั้งชื่อ

แม้จะมีคำแนะนำอย่างเป็นทางการให้ตรงกันข้าม แต่คำว่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนยังคงเป็นคำที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในเอกสารทางวิทยาศาสตร์^{[ 8 ]}

ในทางตรงกันข้ามIUPACแนะนำว่าไม่ควรใช้คำศัพท์ชื่อเรื่องอีกต่อไป แต่ควรแทนที่ด้วยคำศัพท์ที่เฉพาะเจาะจงกว่า^{[ 9 ]}ตัวอย่างเช่นค่าคงที่การแบ่งส่วนซึ่งกำหนดไว้ดังนี้

(K) = ⁠ [A] / [A] ⁠

,

1

โดยที่K ค่าคงที่สมดุลของกระบวนการ[A] แทนความเข้มข้นของตัวถูกละลาย A ที่กำลังทดสอบ และ "org" และ "aq" หมายถึงเฟสอินทรีย์และเฟสน้ำตามลำดับ IUPAC ยังแนะนำ "อัตราส่วนการแบ่งส่วน" สำหรับกรณีที่ สามารถกำหนด สัมประสิทธิ์กิจกรรมการถ่ายโอนได้และ "อัตราส่วนการกระจาย" สำหรับอัตราส่วนของความเข้มข้นเชิงวิเคราะห์ทั้งหมดของตัวถูกละลายระหว่างเฟส โดยไม่คำนึงถึงรูปแบบทางเคมี^{[ 9 ]}

สัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนและ log P

ค่า สัมประสิทธิ์การแบ่งส่วน ( partition coefficient ) ซึ่งย่อว่าPถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนเฉพาะของความเข้มข้นของตัวถูกละลายระหว่างตัวทำละลายสองชนิด (เฟสของเหลวสองเฟส) โดยเฉพาะสำหรับตัวถูกละลายที่ไม่มีไอออนและลอการิทึมของอัตราส่วนจึงเป็นlog P ^{[ 10 ]}^{: 275ff}เมื่อตัวทำละลายชนิดหนึ่งเป็นน้ำและอีกชนิดหนึ่งเป็น ตัว ทำละลายที่ไม่มีขั้ว ค่า log Pจะเป็นตัววัด ความเป็น ลิโปฟิลิกหรือไฮโดรโฟบิก [ ^{10 ]}^{: 275ff}^{[ 11 ]}^{: 6}แบบอย่างที่กำหนดไว้คือ เฟสลิโปฟิลิกและไฮโดรฟิลิก^จะต้องอยู่ในตัวเศษและตัวส่วนตามลำดับเสมอ ตัวอย่างเช่น ในระบบสองเฟสของn - octanol (ต่อไปนี้จะเรียกว่า "octanol" เฉยๆ) และน้ำ:

\log P_{\text{oct/wat}}=\log _{10}\left({\frac {{\big [}{\text{solute}}{\big ]}_{\text{octanol}}^{\text{un-ionized}}}{{\big [}{\text{solute}}{\big ]}_{\text{water}}^{\text{un-ionized}}}}\right).

โดยประมาณอย่างคร่าวๆ เฟสที่ไม่เป็นขั้วในการทดลองดังกล่าว มักถูกครอบงำด้วยรูปที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนของสารละลาย ซึ่งมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า แม้ว่าสิ่งนี้อาจไม่เป็นจริงสำหรับเฟสที่เป็นน้ำก็ตาม ในการวัดค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนของสารละลายที่แตกตัวเป็นไอออนได้ จะต้องปรับ ค่าpHของเฟสที่เป็นน้ำเพื่อให้รูปแบบที่เด่นกว่าของสารประกอบในสารละลายคือรูปที่ไม่แตกตัวเป็นไอออน หรือการวัดค่าที่ค่า pH อื่นๆ ที่สนใจ จำเป็นต้องพิจารณาสารทุกชนิด ทั้งรูปที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนและรูปที่แตกตัวเป็นไอออนแล้ว (ดูรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่าง)

ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนที่สอดคล้องกันสำหรับสารประกอบที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้ ซึ่งย่อว่าlog P ^Iจะถูกหามาในกรณีที่มี รูปแบบ ไอออนไนซ์ ที่เด่น ของโมเลกุล โดยที่ต้องพิจารณาการแบ่งส่วนของทุกรูปแบบ ทั้งไอออนไนซ์และไม่ไอออนไนซ์ ระหว่างสองเฟส (รวมถึงปฏิสัมพันธ์ของสมดุลทั้งสอง การแบ่งส่วนและการแตกตัวเป็นไอออน) ^{[ 11 ]}^{: 57ff, 69f}^{[ 12 ]} Mใช้เพื่อระบุจำนวนรูปแบบไอออนไนซ์ สำหรับ รูปแบบที่ $I$ ( $I = 1, 2, ... , M$ ) ลอการิทึมของค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนที่สอดคล้องกัน $\log P_{\text{oct/wat}}^{I}$ ถูกกำหนดในลักษณะเดียวกับรูปแบบที่ไม่แตกตัวเป็นไอออน ตัวอย่างเช่น สำหรับการแยกส่วนระหว่างออกทานอลกับน้ำ จะเป็นดังนี้

\log \ P_{\text{oct/wat}}^{\mathrm {I} }=\log _{10}\left({\frac {{\big [}{\text{solute}}{\big ]}_{\text{octanol}}^{I}}{{\big [}{\text{solute}}{\big ]}_{\text{water}}^{I}}}\right).

เพื่อแยกความแตกต่างระหว่างค่านี้กับค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนมาตรฐานที่ไม่แตกตัวเป็นไอออน ค่าที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนมักจะถูกกำหนดสัญลักษณ์เป็นlog P ⁰โดยที่ค่าดัชนี $\log P_{\text{oct/wat}}^{I}$ นิพจน์สำหรับสารละลายที่แตกตัวเป็นไอออนจะกลายเป็นเพียงส่วนขยายของสิ่งนี้ ในช่วงค่า $I >$ 0

สัมประสิทธิ์การกระจายและ log D

สัมประสิทธิ์การกระจายตัว log D คืออัตราส่วนของผลรวมของความเข้มข้นของสารประกอบทุกรูปแบบ (ทั้งแบบแตกตัวเป็นไอออนและไม่แตกตัวเป็นไอออน) ในแต่ละเฟสทั้งสองเฟส โดยเฟสหนึ่งมักจะเป็นเฟสน้ำเสมอ ดังนั้นจึงขึ้นอยู่กับค่า pHของเฟสน้ำ และ log D = log Pสำหรับสารประกอบที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนที่ค่า pH ใดๆ^{[ 13 ]}^{[ 14 ]}สำหรับการวัดสัมประสิทธิ์การกระจายตัว ค่า pH ของเฟสน้ำจะถูกบัฟเฟอร์ไว้ที่ค่าเฉพาะค่าหนึ่ง เพื่อไม่ให้ค่า pH เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเติมสารประกอบเข้าไป ค่าของlog D แต่ละค่า จะถูกกำหนดเป็นลอการิทึมของอัตราส่วน—ของผลรวมของความเข้มข้นที่วัดได้จากการทดลองของรูปแบบต่างๆ ของตัวถูกละลายในตัวทำละลายหนึ่ง กับผลรวมของความเข้มข้นของรูปแบบต่างๆ ของตัวถูกละลายในตัวทำละลายอีกตัวหนึ่ง ซึ่งสามารถแสดงได้ดังนี้^{[ 10 ]}^{: 275–8}

\log D_{\text{oct/wat}}=\log _{10}\left({\frac {{\big [}{\text{solute}}{\big ]}_{\text{octanol}}^{\text{ionized}}+{\big [}{\text{solute}}{\big ]}_{\text{octanol}}^{\text{un-ionized}}}{{\big [}{\text{solute}}{\big ]}_{\text{water}}^{\text{ionized}}+{\big [}{\text{solute}}{\big ]}_{\text{water}}^{\text{un-ionized}}}}\right).

ในสูตรข้างต้น ตัวยก "ไอออนไนซ์" แต่ละตัวแสดงถึงผลรวมของความเข้มข้นของไอออนไนซ์ทุกชนิดในเฟสที่เกี่ยวข้อง นอกจากนี้ เนื่องจากค่า log Dขึ้นอยู่กับค่า pH จึงต้องระบุค่า pH ที่วัดค่า log Dด้วย ในด้านต่างๆ เช่น การค้นพบยา ซึ่งเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์การแบ่งส่วนในระบบชีวภาพ เช่น ร่างกายมนุษย์ ค่า log Dที่ค่า pH ทางสรีรวิทยา = 7.4 มีความสำคัญเป็นพิเศษ

โดยทั่วไป แล้ว การแสดงค่า log DในรูปของP ^Iที่กำหนดไว้ข้างต้น (ซึ่งรวมถึงP ⁰เป็นสถานะ $I = 0$ ) มักสะดวกกว่า จึงครอบคลุมทั้งชนิดที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนและชนิดที่แตกตัวเป็นไอออน^{[ 12 ]}ตัวอย่างเช่น ในออกทานอล-น้ำ:

\log D_{\text{oct/wat}}=\log _{10}\left(\sum _{I=0}^{M}f^{I}P_{\text{oct/wat}}^{I}\right),

ซึ่งเป็นการรวมค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนแต่ละส่วน (ไม่ใช่ค่าลอการิทึม) และโดยที่ $f^{I}$ ระบุ เศษส่วนโมลที่ขึ้นอยู่กับค่า pH ของ รูปแบบที่ $I$ (ของตัวถูกละลาย) ในเฟสน้ำ และตัวแปรอื่นๆ ถูกกำหนดไว้ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้^{[ 12 ]}

ตัวอย่างข้อมูลสัมประสิทธิ์การแบ่งพาร์ติชัน

ค่าสำหรับระบบออกทานอล-น้ำในตารางต่อไปนี้มาจากธนาคารข้อมูลดอร์ทมุนด์ [ ^{15 ] เรียง}ลำดับตามสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนจากน้อยไปมาก (อะเซตาไมด์เป็นไฮโดรฟิลิก และ 2,2',4,4',5-เพนตาคลอโรไบฟีนิลเป็นไลโปฟิลิก) และแสดงพร้อมกับอุณหภูมิที่วัด (ซึ่งส่งผลต่อค่า)

ส่วนประกอบ	บันทึกP	อุณหภูมิ (°C)
อะเซตาไมด์^{[ 16 ]}	−1.16	25
เมทานอล^{[ 17 ]}	−0.81	19
กรดฟอร์มิก^{[ 18 ]}	−0.41	25
ไดเอทิลอีเทอร์^{[ 17 ]}	0.83	20
พี-ไดคลอโรเบนซีน^{[ 19 ]}	3.37	25
เฮกซาเมทิลเบนซีน^{[ 19 ]}	4.61	25
2,2',4,4',5-เพนตาคลอโรไบฟีนิล^{[ 20 ]}	6.41	แอมเบียนต์

ค่าสำหรับสารประกอบอื่นๆ อาจพบได้ในบทวิจารณ์และเอกสารทางวิชาการต่างๆ ที่มีอยู่^{[ 2 ]}^{: 551ff}^{[ 21 ]}^[²²^]^:^1121ff^[²³^]^[²⁴^]การอภิปรายเชิงวิพากษ์เกี่ยวกับความท้าทายในการวัด log Pและการคำนวณค่าประมาณที่เกี่ยวข้อง (ดูด้านล่าง) ปรากฏในบทวิจารณ์หลายฉบับ^[¹¹^]^[²⁴^]

แอปพลิเคชัน

เภสัชวิทยา

ค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวของยามีผลอย่างมากต่อความง่ายในการที่ยาจะเข้าถึงเป้าหมายที่ต้องการในร่างกาย ความแรงของผลที่ยาจะมีเมื่อเข้าถึงเป้าหมาย และระยะเวลาที่ยาจะคงอยู่ในร่างกายในรูปแบบที่ออกฤทธิ์ได้^{[ 25 ]}ดังนั้น ค่า log P ของโมเลกุลจึงเป็นเกณฑ์หนึ่งที่ นักเคมีทางการแพทย์ใช้ในการตัดสินใจในการค้นพบยาในระยะก่อนคลินิก ตัวอย่างเช่น ในการประเมินความคล้ายคลึงกับยาของยาที่อาจเป็นไปได้^{[ 26 ]}ในทำนองเดียวกัน ค่านี้ใช้ในการคำนวณประสิทธิภาพลิโปฟิลิกในการประเมินคุณภาพของสารประกอบวิจัย โดยประสิทธิภาพของสารประกอบจะถูกกำหนดเป็นศักยภาพ ของมัน ผ่านค่าที่วัดได้ของpIC หรือpEC ลบด้วยค่า log Pของมัน^{[ 27 ]}

เภสัชจลนศาสตร์

ในบริบทของเภสัชจลนศาสตร์ (วิธีที่ร่างกายดูดซึม เผาผลาญ และขับยา) ค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวมีอิทธิพลอย่างมากต่อ คุณสมบัติ ADMEของยา ดังนั้น ความเป็นไฮโดรโฟบิกของสารประกอบ (วัดโดยค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัว) จึงเป็นตัวกำหนดที่สำคัญว่า ยานั้นมี คุณสมบัติคล้ายยามาก น้อยเพียงใด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สำหรับยาที่จะถูกดูดซึมทางปากได้นั้น โดยปกติแล้วยาจะต้องผ่านเยื่อไขมันในเยื่อ บุลำไส้ก่อน (กระบวนการที่เรียกว่า การขนส่ง ผ่านเซลล์ ) เพื่อการขนส่งที่มีประสิทธิภาพ ยาจะต้องมีคุณสมบัติไฮโดรโฟบิกเพียงพอที่จะแทรกตัวเข้าไปในเยื่อไขมัน แต่ไม่ควรไฮโดรโฟบิกมากเกินไปจนเมื่อเข้าไปอยู่ในเยื่อไขมันแล้วจะไม่สามารถแทรกตัวออกมาได้อีก^{[ 29 ]}^{[ 30 ]}ในทำนองเดียวกัน ความเป็นไฮโดรโฟบิกมีบทบาทสำคัญในการกำหนดว่ายาจะกระจายตัวอยู่ที่ใดในร่างกายหลังจากดูดซึม และส่งผลให้ยาถูกเผาผลาญและขับออกได้เร็วเพียงใด

เภสัชพลศาสตร์

ในบริบทของเภสัชพลศาสตร์ (ยาออกฤทธิ์ต่อร่างกายอย่างไร) ผลของไฮโดรโฟบิกเป็นแรงผลักดันหลักสำหรับการจับตัวของยากับเป้าหมายตัวรับ^{[ 31 ]}^{[ 32 ]}ในทางกลับกัน ยาไฮโดรโฟบิกมักมีพิษมากกว่า เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วยาเหล่านี้จะถูกกักเก็บไว้นานกว่า มีการกระจายตัวในร่างกายกว้างกว่า (เช่นภายในเซลล์ ) มีความจำเพาะในการจับกับโปรตีนน้อยกว่า และสุดท้ายมักถูกเมตาบอไลซ์อย่างกว้างขวาง ในบางกรณี เมตาบอไลต์อาจมีปฏิกิริยาทางเคมี ดังนั้นจึงควรทำให้ยามีคุณสมบัติชอบน้ำมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ในขณะที่ยังคงรักษาความสามารถในการจับกับเป้าหมายโปรตีนบำบัดได้อย่างเพียงพอ^{[ 33 ]}สำหรับกรณีที่ยาไปถึงตำแหน่งเป้าหมายผ่านกลไกแบบพาสซีฟ (เช่น การแพร่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์) ค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวที่เหมาะสมสำหรับยาโดยทั่วไปจะมีค่าปานกลาง (ไม่ชอบไขมันมากเกินไป และไม่ชอบน้ำมากเกินไป) ในกรณีที่โมเลกุลไปถึงเป้าหมายด้วยวิธีอื่น จะไม่มีการสรุปทั่วไปเช่นนี้

วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม

ความไม่ชอบน้ำของสารประกอบสามารถบ่งบอกให้นักวิทยาศาสตร์ทราบได้ว่าสารประกอบนั้นอาจถูกดูดซึมเข้าสู่แหล่งน้ำใต้ดินได้ง่ายเพียงใด และอาจก่อให้เกิดมลพิษต่อแหล่งน้ำ รวมถึงความเป็นพิษต่อสัตว์และสิ่งมีชีวิตในน้ำ^{[ 34 ]}ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนยังสามารถใช้ในการทำนายการเคลื่อนที่ของสารกัมมันตรังสีในน้ำใต้ดิน ได้อีกด้วย ^{[ 35 ]}ในสาขาอุทกธรณีวิทยาค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนระหว่างออกทานอลกับน้ำK ถูกนำมาใช้ในการทำนายและสร้างแบบจำลองการเคลื่อนที่ของสารประกอบอินทรีย์ที่ไม่ชอบน้ำที่ละลายอยู่ในดินและน้ำใต้ดิน

การวิจัยด้านเคมีเกษตร

สารกำจัดศัตรูพืชและสารกำจัดวัชพืชที่ไม่ชอบน้ำมักจะมีฤทธิ์มากกว่า สารเคมีทางการเกษตรที่ไม่ชอบน้ำโดยทั่วไปจะมีครึ่งชีวิตที่ยาวนานกว่า ดังนั้นจึงมีความเสี่ยงเพิ่มขึ้นที่จะเกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในทางลบ^{[ 36 ]}

โลหะวิทยา

ในด้านโลหะวิทยาค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนเป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดว่าสิ่งเจือปนต่างๆ จะกระจายตัวอย่างไรระหว่างโลหะหลอมเหลวและโลหะแข็งตัว เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญสำหรับการทำให้บริสุทธิ์โดยใช้การหลอมโซนและกำหนดว่าสามารถกำจัดสิ่งเจือปนได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใดโดยใช้การแข็งตัวแบบทิศทางซึ่งอธิบายโดยสมการของ Scheil ^{[ 6 ]}

การพัฒนาผลิตภัณฑ์สำหรับผู้บริโภค

อุตสาหกรรมอื่นๆ อีกมากมายนำค่าสัมประสิทธิ์การกระจายมาพิจารณาด้วย เช่น ในการกำหนดสูตรเครื่องสำอาง ยาทาเฉพาะที่ สีย้อม สีย้อมผม และผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภคอื่นๆ อีกมากมาย^{[ 37 ]}

การวัด

มีการพัฒนาวิธีการวัดค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวหลายวิธี รวมถึงวิธีเขย่าขวด วิธีกรวยแยก วิธี HPLC แบบย้อนกลับ และเทคนิค pH-metric ^{[ 10 ]}^{: 280}

วิธีการกรวยแยก

วิธีนี้ช่วยให้สามารถแยกอนุภาคของแข็งที่อยู่ในของเหลวสองชนิดที่ไม่สามารถผสมกันได้ง่ายๆ โดยการแขวนลอยอนุภาคของแข็งเหล่านั้นลงในของเหลวที่ไม่สามารถผสมกันหรือผสมกันได้บ้างโดยตรง

ขวดเขย่า

วิธีการหาค่า log Pแบบคลาสสิกและน่าเชื่อถือที่สุดคือวิธีเขย่าขวดซึ่งประกอบด้วยการละลายสารละลายที่ต้องการในปริมาตรของออกทานอลและน้ำ จากนั้นวัดความเข้มข้นของสารละลายในแต่ละตัวทำละลาย^{[ 38 ]}^{[ 39 ]}วิธีที่พบได้บ่อยที่สุดในการวัดการกระจายตัวของสารละลายคือโดย สเปกโทรส โกปี UV/VIS ^{[ 38 ]}

อิงตาม HPLC

วิธีการที่รวดเร็วกว่าในการกำหนด log Pคือการใช้โครมาโทกราฟีของเหลวประสิทธิภาพสูง สามารถกำหนด log Pของสารละลายได้โดยการเปรียบเทียบ เวลาการกักเก็บกับสารประกอบที่คล้ายกันซึ่งมีค่า log P ที่ทราบ ^{[ 40 ]}

ข้อดีของวิธีนี้คือรวดเร็ว (5–20 นาทีต่อตัวอย่าง) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากค่า log Pถูกกำหนดโดยการถดถอยเชิงเส้นสารประกอบหลายชนิดที่มีโครงสร้างคล้ายกันจึงต้องมีค่า log P ที่ทราบแล้ว และการประมาณค่าจากกลุ่มเคมีหนึ่งไปยังอีกกลุ่มหนึ่ง—การใช้สมการถดถอยที่ได้จากกลุ่มเคมีหนึ่งไปยังกลุ่มที่สอง—อาจไม่น่าเชื่อถือ เนื่องจากแต่ละกลุ่มเคมีจะมีพารามิเตอร์การถดถอยที่ เป็นลักษณะเฉพาะของ ตนเอง

การวัดค่า pH

ชุดเทคนิคการวัดค่า pH จะกำหนดโปรไฟล์ค่า pH ของลิโปฟิลิซิตี้โดยตรงจากการไทเทรตกรด-เบสเพียงครั้งเดียวในระบบสองเฟสของน้ำและตัวทำละลายอินทรีย์^{[ 10 ]}^{: 280–4}ดังนั้น การทดลองเพียงครั้งเดียวสามารถใช้ในการวัดค่าลอการิทึมของสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วน (log P ) ซึ่งให้การกระจายตัวของโมเลกุลที่มีประจุเป็นกลางเป็นหลัก รวมถึงสัมประสิทธิ์การกระจายตัว (log D ) ของโมเลกุลทุกรูปแบบในช่วงค่า pH เช่น ระหว่าง 2 ถึง 12 อย่างไรก็ตาม วิธีนี้จำเป็นต้องมีการกำหนดค่า pK ของสาร แยกต่างหาก

เคมีไฟฟ้า

อินเทอร์เฟซของเหลวแบบโพลาไรซ์ถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบอุณหพลศาสตร์และจลนศาสตร์ของการถ่ายโอนชนิดที่มีประจุจากเฟสหนึ่งไปยังอีกเฟสหนึ่ง มีสองวิธีหลัก วิธีแรกคือITIESซึ่งเป็น "อินเทอร์เฟซระหว่างสารละลายอิเล็กโทรไลต์สองชนิดที่ไม่สามารถผสมกันได้" ^{[ 41 ]}วิธีที่สองคือการทดลองหยด^{[ 42 ]} ในการทดลอง นี้ ปฏิกิริยาที่อินเทอร์เฟซสามชั้นระหว่างของแข็งที่เป็นตัวนำ หยดของเฟสของเหลวที่มีปฏิกิริยารีดอกซ์ และ สารละลาย อิเล็กโทรไลต์ถูกนำมาใช้เพื่อกำหนดพลังงานที่จำเป็นในการถ่ายโอนชนิดที่มีประจุข้ามอินเทอร์เฟซ^{[ 43 ]}

แนวทางเซลล์เดี่ยว

มีความพยายามที่จะให้ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนสำหรับยาในระดับเซลล์เดี่ยว^{[ 44 ]}^{[ 45 ]}กลยุทธ์นี้ต้องการวิธีการในการกำหนดความเข้มข้นในเซลล์แต่ละเซลล์ เช่น ด้วยสเปกโทรสโกปีความสัมพันธ์ของฟลูออเรสเซนซ์หรือการวิเคราะห์ภาพ เชิง ปริมาณ ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนที่ระดับเซลล์เดี่ยวให้ข้อมูลเกี่ยวกับกลไกการดูดซึมของเซลล์^{[ 45 ]}

การทำนาย

มีหลายสถานการณ์ที่การทำนายค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนก่อนการวัดเชิงทดลองมีประโยชน์ ตัวอย่างเช่น สารเคมีที่ผลิตในอุตสาหกรรมหลายหมื่นชนิดถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่มีเพียงส่วนน้อยเท่านั้นที่ได้รับ การประเมิน ความเป็นพิษ อย่างเข้มงวด ดังนั้นจึงจำเป็นต้องจัดลำดับความสำคัญของส่วนที่เหลือสำหรับการทดสอบ สมการ QSARซึ่งอิงตามค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนที่คำนวณได้ สามารถใช้เพื่อประมาณค่าความเป็นพิษได้^{[ 46 ]}^{[ 47 ]}ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนที่คำนวณได้ยังถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการค้นพบยาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพห้องสมุดการคัดกรอง^{[ 48 ]}^{[ 49 ]}และเพื่อทำนายความคล้ายคลึงกับยาของตัวยาที่ออกแบบไว้ก่อนที่จะสังเคราะห์^{[ 50 ]}ดังที่ได้กล่าวไว้ในรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่าง การประมาณค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนสามารถทำได้โดยใช้วิธีการต่างๆ รวมถึงแบบอิงชิ้นส่วน แบบอิงอะตอม และแบบอิงความรู้ ซึ่งอาศัยความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างของสารเคมีเท่านั้น วิธีการทำนายอื่นๆ อาศัยการวัดเชิงทดลองอื่นๆ เช่น ความสามารถในการละลาย วิธีการเหล่านี้ยังแตกต่างกันในด้านความแม่นยำ และว่าสามารถนำไปใช้กับโมเลกุลทุกชนิดได้หรือไม่ หรือใช้ได้เฉพาะกับโมเลกุลที่คล้ายคลึงกับโมเลกุลที่เคยศึกษามาแล้วเท่านั้น

อะตอมพื้นฐาน

วิธีการมาตรฐานประเภทนี้ที่ใช้การมีส่วนร่วมของอะตอม ได้รับการตั้งชื่อโดยผู้กำหนดสูตรโดยใช้ตัวอักษรนำหน้า: AlogP, ^{[ 51 ]} XlogP, ^{[ 52 ]} MlogP, ^{[ 53 ]}เป็นต้น วิธีการทั่วไปในการทำนาย log Pผ่านวิธีการประเภทนี้คือการกำหนดพารามิเตอร์การมีส่วนร่วมของสัมประสิทธิ์การกระจายของอะตอมต่างๆ ต่อสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนโมเลกุลโดยรวม ซึ่งสร้างแบบจำลองพารามิเตอร์ แบบจำลองพารามิเตอร์นี้สามารถประมาณได้โดยใช้การประมาณค่า กำลังสองน้อยที่สุดแบบ มีข้อจำกัด โดยใช้ชุดฝึกอบรมของสารประกอบที่มีสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนที่วัดได้จากการทดลอง^[⁵¹^]^[⁵³^]^[⁵⁴^]

เพื่อให้ได้ความสัมพันธ์ที่สมเหตุสมผล องค์ประกอบที่พบได้บ่อยที่สุดในยา (ไฮโดรเจน คาร์บอน ออกซิเจน ซัลเฟอร์ ไนโตรเจน และฮาโลเจน) จะถูกแบ่งออกเป็นประเภทอะตอมที่แตกต่างกันหลายประเภท ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมของอะตอมภายในโมเลกุล แม้ว่าวิธีนี้โดยทั่วไปจะมีความแม่นยำน้อยที่สุด แต่ข้อดีคือเป็นวิธีที่ครอบคลุมมากที่สุด และสามารถให้ค่าประมาณคร่าวๆ สำหรับโมเลกุลที่หลากหลายได้^{[ 53 ]}

อิงตามชิ้นส่วน

The most common of these uses a group contribution method and is termed cLogP. It has been shown that the log P of a compound can be determined by the sum of its non-overlapping molecular fragments (defined as one or more atoms covalently bound to each other within the molecule). Fragmentary log P values have been determined in a statistical method analogous to the atomic methods (least-squares fitting to a training set). In addition, Hammett-type corrections are included to account of electronic and steric effects. This method in general gives better results than atomic-based methods, but cannot be used to predict partition coefficients for molecules containing unusual functional groups for which the method has not yet been parameterized (most likely because of the lack of experimental data for molecules containing such functional groups).^[21]^:125ff^[23]^:1–193

Knowledge-based

A typical data-mining-based prediction uses support-vector machines,^[55]decision trees, or neural networks.^[56] This method is usually very successful for calculating log P values when used with compounds that have similar chemical structures and known log P values. Molecule mining approaches apply a similarity-matrix-based prediction or an automatic fragmentation scheme into molecular substructures. Furthermore, there exist also approaches using maximum common subgraph searches or molecule kernels.

Log D from log P and pK

For cases where the molecule is un-ionized:^[13]^[14]

\log D\cong \log P.

For other cases, estimation of log D at a given pH, from log P and the known mole fraction of the un-ionized form, $f^{0}$ , in the case where partition of ionized forms into non-polar phase can be neglected, can be formulated as^[13]^[14]

\log D\cong \log P+\log \left(f^{0}\right).

The following approximate expressions are valid only for monoprotic acids and bases:^[13]^[14]

{\begin{aligned}\log D_{\text{กรด}}&\cong \log P+\log \left[{\frac {1}{1+10^{\mathrm {p} H-\mathrm {p} K_{a}}}}\right],\\\log D_{\text{เบส}}&\cong \log P+\log \left[{\frac {1}{1+10^{\mathrm {p} K_{a}-\mathrm {pH} }}}\right].\end{aligned}}

Further approximations for when the compound is largely ionized:^[13]^[14]

for acids with $\mathrm {pH} -\mathrm {p} K_{a}>1$ , $\log D_{\text{acids}}\cong \log P+\mathrm {p} K_{a}-\mathrm {pH}$ ,
สำหรับฐานที่มี $\mathrm {p} K_{a}-\mathrm {pH} >1$ , $\log D_{\text{bases}}\cong \log P-\mathrm {p} K_{a}+\mathrm {pH}$ .

สำหรับการทำนาย pKa ซึ่งสามารถใช้ประมาณ logD ได้นั้นสมการ Hammettมักถูกนำมาใช้^[⁵⁷^]^[⁵⁸^]

ลอการิทึมPจากลอการิทึมS

หากทราบหรือคาดการณ์ความสามารถในการละลายSของสารประกอบอินทรีย์ในน้ำและ 1-ออกทานอลแล้วสามารถประมาณค่า log P ได้ดังนี้ ^[⁴⁶^]^[⁵⁹^]

\log P=\log S_{\text{o}}-\log S_{\text{w}}.

มีวิธีการต่างๆ มากมายในการทำนายความสามารถในการละลายและlog S ^{[ 60 ]}^{[ 61 ]}

ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนระหว่างออกทานอลกับน้ำ

ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนระหว่างn -octanolและน้ำเรียกว่า ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วน n -octanol-waterหรือK ^{[ 62} ] นอกจากนี้ยังมักเรียกโดยใช้สัญลักษณ์ P โดยเฉพาะในเอกสารภาษาอังกฤษ และยังเรียกว่า อัตราส่วนการแบ่งส่วน n- ^octanol -water อีก ด้วย^{[ 63 ]}^{[ 64 ]}^{[ 65 ]}

ค่า K ซึ่งเป็นค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนชนิดหนึ่ง ทำหน้าที่วัดความสัมพันธ์ระหว่างความชอบไขมัน (ความสามารถในการละลายในไขมัน) และความชอบน้ำ (ความสามารถในการละลายในน้ำ) ของสาร ค่า K ow จะมากกว่าหนึ่งหากสารนั้นละลายได้ดีกว่าในตัวทำละลายที่คล้ายไขมัน เช่น n-octanol และจะมีค่าน้อยกว่าหนึ่งหากสารนั้นละลายได้ดีกว่าในน้ำ

ค่าตัวอย่าง

โดยทั่วไป ค่า log K จะอยู่ระหว่าง -3 (ชอบน้ำมาก) และ +10 (ชอบไขมัน/ไม่ชอบน้ำอย่างมาก) ^{[ 66 ]}

ค่าที่ระบุไว้ที่นี่^{[ 67 ]}เรียงลำดับตามสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วน อะเซตาไมด์เป็นไฮโดรฟิลิก และ 2,2′,4,4′,5-เพนตาคลอโรไบฟีนิลเป็นไลโปฟิลิก


สาร	บันทึกK	ที
อะเซตาไมด์	−1.155	25 องศาเซลเซียส
เมทานอล	−0.824	19 องศาเซลเซียส
กรดฟอร์มิก	−0.413	25 องศาเซลเซียส
ไดเอทิลอีเทอร์	0.833	20 องศาเซลเซียส
พี -ไดคลอโรเบนซีน	3.370	25 องศาเซลเซียส
เฮกซาเมทิลเบนซีน	4.610	25 องศาเซลเซียส
2,2′,4,4′,5- เพนตาคลอโรไบฟีนิล	6.410	แอมเบียนต์

ดูเพิ่มเติม

ค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวระหว่างเลือดและก๊าซ – การวัดความสามารถในการละลายของยาสลบในเลือด
เคมีสารสนเทศ – เคมีเชิงคำนวณ
- กฎห้าข้อของลิปินสกี – กฎคร่าวๆ ที่ใช้ในการทำนายว่าสารประกอบทางเคมีใดมีแนวโน้มที่จะเป็นยาที่ออกฤทธิ์เมื่อรับประทานทางปาก
- ประสิทธิภาพในการละลายในไขมัน – พารามิเตอร์ที่ใช้ในการออกแบบยา
กฎการกระจายตัว – การกระจายตัวของสารละลายระหว่างตัวทำละลายสองชนิดที่ไม่สามารถผสมกันได้
ITIES – อินเตอร์เฟซทางไฟฟ้าเคมีที่สามารถเกิดการโพลาไรซ์ได้หรือเกิดการโพลาไรซ์แล้ว
แผนภาพการแบ่งส่วนไอออนิก

อ่านเพิ่มเติม

Berthod A, Carda-Broch S (พฤษภาคม 2547). "การหาค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนของเหลว-ของเหลวโดยวิธีการแยก" (รอง). Journal of Chromatography A. 1037 ( 1– 2 ): 3– 14. doi : 10.1016/j.chroma.2004.01.001 . PMID 15214657 .
Comer J, Tam K (2001). "โปรไฟล์ลิโปฟิลิซิตี้: ทฤษฎีและการวัด" ใน Testa B, van de Waterbed HM, Folkers G, Guy R (บรรณาธิการ). การเพิ่มประสิทธิภาพเภสัชจลนศาสตร์ในการวิจัยยา: กลยุทธ์ทางชีววิทยา ทางกายภาพเคมี และการคำนวณ (ฉบับรอง). ไวน์ไฮม์: Wiley-VCH. หน้า275–304 . doi : 10.1002/9783906390437.ch17 . ISBN 978-3-906390-22-2.
Hansch C, Leo A (1979). ค่าคงที่ตัวแทนสำหรับการวิเคราะห์ความสัมพันธ์ในเคมีและชีววิทยา (ฉบับรอง). นิวยอร์ก: John Wiley & Sons Ltd. ISBN 978-0-471-05062-9.
Hill AP, Young RJ (สิงหาคม 2010). "การนำคุณสมบัติทางกายภาพมาใช้ในการค้นพบยา: มุมมองร่วมสมัยเกี่ยวกับความสามารถในการละลายและคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ" (บทความรอง). Drug Discovery Today . 15 ( 15– 16): 648– 55. doi : 10.1016/j.drudis.2010.05.016 . PMID 20570751 .
Kah M, Brown CD (สิงหาคม 2551). "LogD: ความชอบไขมันสำหรับสารประกอบที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้" (รอง). Chemosphere . 72 (10): 1401– 8. Bibcode : 2008Chmsp..72.1401K . doi : 10.1016/j.chemosphere.2008.04.074 . PMID 18565570 .
Klopman G, Zhu H (กุมภาพันธ์ 2548). "วิธีการล่าสุดสำหรับการประมาณค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วน n-octanol/น้ำ และการนำไปใช้ในการทำนายคุณสมบัติการขนส่งผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ของยา" (รอง). Mini Reviews in Medicinal Chemistry . 5 (2): 127– 33. doi : 10.2174/1389557053402765 . PMID 15720283 .
Leo A, Hansch C และ Elkins D (1971). "ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนและการใช้งาน" (รอง). Chem Rev . 71 (6): 525– 616. doi : 10.1021/cr60274a001 .
Leo A, Hoekman DH, Hansch C (1995). การสำรวจ QSAR, ค่าคงที่ไฮโดรโฟบิก, อิเล็กทรอนิกส์ และสเตอริก (ฉบับรอง). วอชิงตัน ดี.ซี.: สมาคมเคมีแห่งอเมริกา. ISBN 978-0-8412-3060-6.
Mannhold R, Poda GI, Ostermann C, Tetko IV (มีนาคม 2552). "การคำนวณลิโปฟิลิซิตี้ของโมเลกุล: สถานะปัจจุบันและการเปรียบเทียบวิธีการ log P กับสารประกอบมากกว่า 96,000 ชนิด" (รอง). วารสารวิทยาศาสตร์เภสัชกรรม . 98 (3): 861– 93. Bibcode : 2009JPhmS..98..861M . doi : 10.1002/jps.21494 . PMID 18683876 . S2CID 9595034 .
Martin YC (2010). "บทที่ 4: คุณสมบัติที่ไม่ชอบน้ำของโมเลกุล" การออกแบบยาเชิงปริมาณ: บทนำเชิงวิพากษ์ (ฉบับรอง) ( ฉบับที่ 2). โบคา ราตัน: CRC Press/Taylor & Francis. หน้า66–73 . ISBN 978-1-4200-7099-6.
Pandit NK (2007). "บทที่ 3: ความสามารถในการละลายและคุณสมบัติชอบไขมัน" . ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์เภสัชกรรม (ฉบับรอง) ( พิมพ์ครั้งที่ 1). บัลติมอร์, แมริแลนด์: Lippincott Williams & Wilkins. หน้า34–37 . ISBN 978-0-7817-4478-2.
Pearlman RS, Dunn WJ, Block JH (1986). สัมประสิทธิ์การแบ่งส่วน: การกำหนดและการประมาณค่า (ฉบับรอง) ( ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 1). นิวยอร์ก: สำนักพิมพ์ Pergamon. ISBN 978-0-08-033649-7.
Sangster J (1997). ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนระหว่างออกทานอลและน้ำ: หลักการพื้นฐานและเคมีกายภาพ (รอง). ชุดหนังสือเคมีสารละลายของ Wiley เล่มที่ 2. Chichester: John Wiley & Sons Ltd. ISBN 978-0-471-97397-3.

ลิงก์ภายนอก

vcclab.orgภาพรวมของเครื่องคำนวณค่า logP และค่าคุณสมบัติทางกายภาพอื่นๆ ที่มีจำหน่ายทั่วไปและทางออนไลน์
XLOGP3คือตัวประมาณค่า LogP แบบง่ายที่ใช้โดย PubChem (เวอร์ชัน 2021.05.07)

[ 1 ]

2 ] โดย

3 ] ดังนั้น

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

15 ] เรียง

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[

[

[

[ 25 ]

[ 26 ]

[ 27 ]

[ 28 ]

[ 29 ]

[ 30 ]

[ 31 ]

[ 32 ]

[ 33 ]

[ 34 ]

[ 35 ]

[ 36 ]

[ 37 ]

[ 38 ]

[ 39 ]

[ 40 ]

[ 41 ]

[ 42 ]

[ 43 ]

[ 44 ]

[ 45 ]

[ 46 ]

[ 47 ]

[ 48 ]

[ 49 ]

[ 50 ]

[ 51 ]

[ 52 ]

[ 53 ]

[

[55]

[56]

[

[

[

[ 60 ]

[ 61 ]

[ 62

[ 63 ]

[ 64 ]

[ 65 ]

[ 66 ]

[ 67 ]

ไม่มีชื่อบทความ