Коэффициент октанол вода это
Количественная оценка полярности органических соединений
Сотниченко А. И., Оханов В.В. /20.01.2016/
Все химические вещества описываются рядом параметров, которые отличают их от других веществ. К таким параметрам относятся состав вещества, молекулярный вес, плотность, температура плавления и т. д. Для органических веществ ещё одним важным параметром является полярность. Необходимо рассмотреть такие понятия как «полярный» или «неполярный», применительно к химическим молекулам органической природы, поскольку предмет нашего интереса микотоксины (МКТ), полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и стойкие органические загрязнители (СОЗ) должны рассматриваться прежде всего с этой точки зрения. Для понятия «полярный» существуют синонимы «гидрофильный» и «липофобный» — любящий воду и боящийся жиров (греч.), а для «неполярный» — «липофильный» и «гидрофобный» — любящий жиры и боящийся воды (греч.). Все эти термины отражают сродство веществ к воде или к неполярным средам.
До некоторого времени полярность органических веществ оценивали лишь качественно по их способности растворяться в воде. Полярные вещества легко растворяются в воде, а неполярные — нет. Очевидно, что такой подход не позволяет провести количественную оценку полярности.
Возможность количественной оценки степени полярности химических соединений появилась в 1951 году после опубликования фундаментальной статьи шведского (финского) ботаника и химика Рунара Колландера о способности органических соединений распределяться между двумя несмешивающимися жидкостями, взятыми в определённом соотношении. Автор использовал в качестве полярной фазы, естественно, воду, а в качестве неполярных — диэтиловый эфир, бутиловый (С4), олеиловый (С18) и октиловый (С8) спирты. Два растворителя смешивались при фиксированной температуре, добавлялось испытуемое вещество и после интенсивного перемешивания и последующего расслоения органической и водной фаз в них по отдельности определяли концентрацию этого вещества. Понятие «коэффициент распределения» выражался отношением концентраций вещества в органической фазе к его концентрации в водной.
Через некоторое время система октанол/вода была признана научным сообществом и принята в качестве стандартной для количественной оценки коэффициента распределения, а для удобства использования вместо соотношения концентраций вещества в органической и водной фазах, которое могло достигать значений с многими нулями, стали применять десятичный логарифм этого соотношения.
Если раньше формула для вычисления коэффициента распределения выглядела так:
, где
Co – концентрация вещества в органической фазе (o – octanol);
Сw – концентрация вещества в водной фазе (w – water).
То позже после замены Kow на Log Kow, или Log Pow, где Pow означает «Partition octanol/water», что в переводе означает — «распределение октанол/вода» эта формула стала выглядеть следующим образом:
Следует отметить, что обозначения Log Kow, и Log Pow равнозначны и их применение зависит скорее от предпочтения автора. Мы предпочитаем Log Pow. Органические соединения по степени полярности можно для удобства восприятия условно разделить на три категории. Полярные, у которых значения Log Pow 3. Значение Log Pow = 3 означает, что данное вещество в 10 3 , или в 1000 раз лучше растворяется в октиловом спирте, или в липидном окружении, которое он имитирует, чем в воде.
Установлено, что все вещества со значениями Log Pow > 3 проявляют способность к биоаккумуляции, т. е. к постепенному накоплению в жировой ткани.
Применительно к МКТ всё вышесказанное можно проиллюстрировать следующим графиком:
Рисунок 1. Распределение некоторых МКТ по полярности в системе октанол/вода.
На рисунке представлена гистограмма распределения МКТ (n = 204) по их справочным значениям коэффициента распределения в системе октанол/вода. Можно видеть, что на долю полярных МКТ (-2 3). Среди них явно выделяется отдельная группа (ок. 10%) высоко гидрофобных токсинов (Log Pow > 5), которые представлены в основном «новыми — emerging» т. н. «канальными» токсинами типа валиномицина, циклоспоринов или энниатинов.
Из этого следует, что эффективный адсорбент для сорбции МКТ в кормах должен быть способен прочно сорбировать и выводить из кишечника не только полярные микотоксины, которых всего около 20%. К сожалению, как показывает практика (и теория), современные алюмосиликатные сорбенты способны выводить только 15 — 25% от общего числа из данной выборки МКТ.
Далее необходимо рассмотреть, как обстоят дела с полярностью у других членов из нашего списка. На рисунке 2 представлены данные о распределении по степени полярности некоторых ПАУ.
Рисунок 2. Распределение некоторых ПАУ по полярности в системе октанол/вода.
Можно видеть, что члены данной выборки представителей ПАУ (n = 42), ограниченной от нафталина ( Log Pow = 3,35) до 7-ядерных ПАУ, обладают намного более высокой липофильностью по сравнению с МКТ (рис. 1), причём, большая часть из них (около 75%) приходится на диапазон 4,5 3.
Известно, что коэффициент распределения является аддитивным параметром. Изменение его значения часто используют при конструировании «новых» молекул из уже известных. При создании новых пестицидов большое внимание уделяют такому свойству, как биоаккумуляция. Эффективный инсектицид просто обязан аккумулироваться в теле жертвы для постепенного увеличения действующей дозы. Как этого можно добиться?
Можно заместить одни атомы в молекуле на другие. Например, водород можно заменить на метильный радикал СН3- или атом хлора. Это «автоматически» приведёт к снижению полярности молекулы. Молекула повысит свою способность к биоаккумуляции. Для иллюстрации ниже приведены данные о влиянии замещения водорода на хлор в молекулах типичных СОЗ — хлорнафталинов на полярность этих соединений.
Рисунок 4. Зависимость коэффициента распределения у хлорнафталинов от количества атомов хлора в молекуле.
Очевидно, что высокая гидрофобность СОЗ обеспечивается заменой атомов водорода на атомы хлора. С одной стороны это увеличивает полезные свойства молекул как пестицидов, но с другой стороны повышает их значение как загрязнителей окружающей среды. Хотелось бы как лучше, а получилось как всегда.
Как может повлиять замена атомов водорода на атомы хлора в некоторых молекулах описано в разделе нашего сайта, посвящённого 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксину (ТХДД).
Это относится практически ко всем СОЗ. Замена водорода на хлор в их молекулах снижает полярность молекул и увеличивает их химическую устойчивость. Если бы только химическую.
Одновременно с повышением химической устойчивости, что определённо полезно в случае, например, трансформаторного масла, повышается и биологическая устойчивость молекул, т. е. резко снижается их способность к утилизации в системе метаболизма ксенобиотиков цитохрома Р-450. Как уже упоминалось в разделе, посвящённом СОЗ, этой системе в процессе её эволюции у позвоночных не приходилось сталкиваться с такими «защищёнными» молекулами и она оказывается бессильной в попытках снизить полярность СОЗ и способствовать их выведению из организма. Метаболизм СОЗ в системе цитохрома Р-450 конечно идёт, но с очень низкой скоростью. Это приводит к тому, что большая часть молекул СОЗ оседает в жировых депо и длительное время отравляет организм.
В заключение данного раздела можно сделать вывод, что:
1. Коэффициент распределения вещества в системе октанол/вода является такой же неотъемлемой характеристикой химического соединения, как его состав, молекулярный вес, строение, температура плавления и т. д. Этот параметр аддитивен.
2. МКТ представляют собой более разнородную группу соединений в терминах коэффициента распределения в системе октанол/вода по сравнению с ПАУ или СОЗ.
3. Представители ПАУ и СОЗ очень близки по своей полярности и существенно менее полярны, чем основная масса МКТ.
4. Все ПАУ, СОЗ и более 40% МКТ, у которых значения Log Pow > 3, при попадании в корм животным способны к биоаккумуляции. И если не будут приняты соответствующие меры, то все они могут оказаться в животноводческой продукции.
5. При разработке и применении сорбентов для МКТ следует учитывать, что только 15-20% из них можно отнести к полярным соединениям.
6. ПАУ и СОЗ, присутствующие в кормах, могут эффективно удаляться только сорбентами, имеющими высокое сродство к гидрофобным соединениям.
7. Такие же сорбенты следует применять для удаления из кормов неполярных МКТ ( > 80%).
Источник
Коэффициент распределения октанол-вода — Octanol-water partition coefficient
Коэффициент распределения н- октанол-вода, K ow представляет собой коэффициент распределения для двухфазной системы, состоящей из н- октанола и воды. К вл также часто называют символом Р, особенно в английской литературе. Это также называется соотношением распределения н- октанол-вода .
К вл служит мерой взаимосвязи между липофильности (Жирорастворимость) и гидрофильности (растворимости 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.
Если вещество присутствует в виде нескольких химических соединений в системе октанол-вода из-за ассоциации или диссоциации , каждому виду присваивается свое собственное значение K ow . Связанное значение D не различает разные виды, а указывает только на соотношение концентраций вещества между двумя фазами.
СОДЕРЖАНИЕ
История
В 1899 году Чарльз Эрнест Овертон и Ханс Хорст Мейер независимо друг от друга предположили, что токсичность неионизируемых органических соединений для головастиков зависит от их способности разделяться на липофильные компартменты клеток. Они также предложили использовать коэффициент распределения в смеси оливковое масло / вода в качестве оценки этой липофильной связанной токсичности. Позднее Корвин Ханш предложил использовать н-октанол в качестве недорогого синтетического спирта, который можно было бы получить в чистом виде в качестве альтернативы оливковому маслу.
Приложения
K ква значение используется, среди прочего, для оценки воздействия на окружающую судьбе стойких органических загрязнителей . Например, химические вещества с высокими коэффициентами распределения имеют тенденцию накапливаться в жировой ткани организмов ( биоаккумуляция ). В соответствии со Стокгольмской конвенцией химические вещества с log K ow более 5 считаются биоаккумулируемыми.
Кроме того, этот параметр играет важную роль в исследованиях лекарственных средств ( Правило пяти ) и токсикологии . Эрнст Овертон и Ханс Мейер обнаружили еще в 1900 году , что эффективность анестетики увеличивается с увеличением Д.К. ква значения (так называемым Мейер-Овертон правило).
K ква значение также обеспечивает хорошую оценку того , как вещество распределено в пределах ячейки между липофильным биомембранна и водной цитозоле .
Оценка
Так как это не возможно измерить K вл для всех веществ, различные модели были разработаны , чтобы обеспечить их предсказания, например , количественные соотношения структура-активность (QSAR) или линейной свободной энергии отношений (LFER) , таких как уравнение Hammett .
Вариант системы UNIFAC также может быть использован для оценки коэффициентов разделения октанол-вода.
Уравнения
- Определение Kow или P-значения
Значение Kow или P всегда относится только к одному виду или веществу: K о ш знак равно п знак равно c о S я c ш S я <\ displaystyle K _ <\ mathrm 
с участием:
- c о S я <\ displaystyle c_
^ >> 
концентрация вида i вещества в фазе, богатой октанолом - c ш S я <\ displaystyle c_
^ >> концентрация вида i вещества в водонасыщенной фазе
Если в системе октанол-вода в результате диссоциации или ассоциации присутствуют различные частицы, 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 , то есть Log P (также Log P ow или, реже, Log pOW): бревно п знак равно бревно c о S я c ш S я знак равно бревно c о S я — бревно c ш S я <\ displaystyle \ log
= \ log <\ frac Log P положительный для липофильных и отрицательный для гидрофильных веществ или видов.
- Определение D-значения
Значение D правильно относится только к соотношению концентраций одного вещества, распределенного между октанольной и водной фазами. В случае вещества, которое встречается в виде нескольких видов, его можно рассчитать путем суммирования концентраций всех n видов в октанольной фазе и концентраций всех n видов в водной фазе: D знак равно c о c ш знак равно c о S 1 + c о S 2 + ⋯ + c о S п c ш S 1 + c ш S 2 + ⋯ + c ш S п <\ displaystyle D = <\ frac с участием:
- c о <\ displaystyle c_
> концентрация вещества в фазе, богатой октанолом - c ш <\ displaystyle c_
> концентрация вещества в водной фазе
Значения D также обычно задаются в виде десятичного логарифма как Log D: бревно D знак равно бревно c о c ш знак равно бревно c о — бревно c ш <\ displaystyle \ log Как и Log P, Log D является положительным для липофильных и отрицательным для гидрофильных веществ. Хотя 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).
Перечисленные здесь значения отсортированы по коэффициенту разделения. Ацетамид является гидрофильным, а 2,2 ‘, 4,4’, 5-пентахлорбифенил является липофильным.
Источник
