HỆ SỐ PHÂN TÁN: PHÂN PHỐI, PHÂN PHỐI, ỨNG DỤNG - HÓA HỌC - 2025

Hệ số phân vùng hoặc phân vùng được định nghĩa là tỷ số giữa nồng độ của một loại hóa chất hoặc chất tan giữa hai môi trường ở trạng thái cân bằng. Môi trường này có thể là một chất khí như không khí; chất lỏng như nước hoặc dầu; hoặc một hỗn hợp phức tạp như máu hoặc các mô khác.

Hệ số phân vùng máu / không khí rất quan trọng để giải thích sự trao đổi khí xảy ra trong phổi, giữa máu và khí quyển.

Sơ đồ giải thích hệ số phân vùng cho ba chất tan giữa hai pha. Nguồn: Perdula

Hình ảnh trên thể hiện một cách đơn giản và tuyệt vời khái niệm được giải thích. Mỗi hình đại diện cho một chất phân tích, được phân bố và / hoặc phân bố giữa hai pha không thể trộn lẫn: một phía trên và một phía dưới.

Các ô màu xanh lá cây chủ yếu ở giai đoạn trên; trong khi các hình tam giác màu đỏ tan nhiều hơn ở pha dưới, và các hình tròn màu tím chọn ở giao diện.

Người ta đánh giá cao K _D thay đổi như thế nào đối với từng chất phân tích. Nếu K _D lớn hơn 1, chất phân tích sẽ phân bố nhiều hơn về phía pha trên; nếu giá trị của nó gần bằng 1, nó sẽ có xu hướng ở giao diện; hoặc nếu ngược lại K _D nhỏ hơn 1, nó sẽ chủ yếu ở pha thấp hơn.

Một trong những dạng của hệ số phân vùng là dạng tồn tại giữa hai chất lỏng bất phân hủy ở trạng thái cân bằng; cũng như hệ thống n-octan và nước. Hệ thống này đã được sử dụng để thiết lập một tính chất quan trọng của một hợp chất: đặc tính kỵ nước hoặc ưa nước của nó.

Giá trị của hệ số phân vùng (P), hoặc hệ số phân vùng (K), dùng để chỉ ra tính kỵ nước của thuốc. Do đó nó có thể được sử dụng để dự đoán quá trình hấp thụ, phân phối, chuyển hóa và bài tiết của nó trong ruột.

Hệ số phân tán

Định nghĩa

Hệ số phân vùng (K) của một chất, còn được gọi là hệ số phân vùng (P), là thương số của việc chia nồng độ của một chất thành hai pha; được tạo thành từ hỗn hợp của hai dung môi không thể trộn lẫn vì chúng có mật độ và bản chất khác nhau.

Giá trị của hệ số phân vùng (K) hoặc phân vùng (P) có liên quan đến sự khác biệt về độ hòa tan của chất trong chất lỏng không trộn lẫn là một phần của hỗn hợp.

K hoặc P = ₁ / ₂

₁ là nồng độ của chất trong chất lỏng 1. Và ₂ là nồng độ của cùng một chất trong chất lỏng 2.

Diễn dịch

Nếu K hoặc P có giá trị bằng 3 thì chứng tỏ chất đó ở thể lỏng 1 đậm đặc gấp 3 lần chất lỏng 2. Nhưng đồng thời cũng cho biết chất đó tan nhiều hơn trong chất lỏng 1.

Bây giờ, nếu giá trị của K hoặc P là 0,3 thì chất có nồng độ lớn hơn trong chất lỏng 2; và do đó độ hòa tan của nó trong chất lỏng 2 cao hơn trong chất lỏng 1.

Hệ số phân vùng Octanol / nước

Trong một số lĩnh vực nghiên cứu như hóa học hữu cơ và dược phẩm, hỗn hợp chất lỏng được tạo thành từ nước và chất lỏng không phân cực như n-octanol hoặc 1-octanol, đó là lý do tại sao hệ số phân vùng octanol thường được gọi là / water đại diện bởi Pow.

N-octanol có khối lượng riêng là 0,824 g / cm ³ ; trong khi nước, như đã biết, có khối lượng riêng xấp xỉ không đổi 1 g / cm ³ . Khi hai chất lỏng đã cân bằng, n-octanol chiếm phần trên của hỗn hợp các chất lỏng không thể trộn lẫn, được gọi là Chất lỏng 1.

Một chất kỵ nước sẽ có nồng độ n-octanol cao hơn, một khi chất lỏng bất phân hủy đã cân bằng. Mặt khác, chất ưa nước sẽ có nồng độ trong nước cao hơn.

Những hạn chế

Hệ số phân bố hoặc phân vùng áp dụng cho các chất không bị ion hóa. Trong trường hợp hệ số phân vùng đang được đo trong một chất có thể ion hóa, thì độ pH phải được điều chỉnh hoặc sử dụng một chất đệm trong pha nước để đảm bảo rằng chất được trình bày dưới dạng không phân ly.

Để xác định hệ số phân vùng, không nên sử dụng chất hoạt động bề mặt hoặc chất hoạt động bề mặt, vì những chất này, do bản chất lưỡng tính của chúng, nằm ở mặt phân cách của chất lỏng không hòa tan.

Hệ số phân vùng n-octanol / nước thường được biểu thị dưới dạng logarit; nghĩa là, dưới dạng log P hoặc log K, do biên độ của các giá trị của P và K.

Nếu log của P đối với một chất lớn hơn 0, điều này cho thấy chất đó kỵ nước. Ngược lại, nếu log của P nhỏ hơn 0 (có nghĩa là âm), điều này cho thấy chất này ưa nước.

Hệ số phân phối (D)

Hệ số phân bố (D) là thương số giữa nồng độ của tất cả các chất, ion hóa và không ion hóa, trong chất lỏng 1 (n-octanol) và nồng độ của các chất giống nhau trong chất lỏng 2 (nước).

Khi đã thu được giá trị của hệ số phân phối (D), nó có thể được biểu diễn dưới dạng logarit của D do biên độ của các giá trị của D.

Để có được hệ số phân bố (D), pha nước phải được đệm; nói cách khác, ở một độ pH nhất định, phải được chỉ ra khi tham chiếu đến giá trị của hệ số phân phối thu được.

Để thuận tiện cho việc xác định D ở pH 7,4. Độ pH này tương ứng với độ pH của máu và đại diện cho các điều kiện mà thuốc hoặc hợp chất sẽ gặp phải trong môi trường nội bào và môi trường ngoại bào.

Đối với hợp chất không ion hóa, log D = log P, bất kể độ pH được sử dụng.

Thực nghiệm xác định hệ số phân vùng

Có một số phương pháp để đo hệ số phân vùng (P). Chúng bao gồm phương pháp lắc bình và sắc ký lỏng hiệu năng cao. Cả hai đều yêu cầu biết trước về khả năng hòa tan của chất thử, cả trong n-octanol và trong nước.

Phương pháp bình lắc

Mẫu được hòa tan trong n-octanol bão hòa với nước, mẫu này sẽ được phân vùng trong một phễu riêng biệt hoặc gạn bằng nước bão hòa n-octanol. Bão hòa dung môi là cần thiết để tránh chuyển dung môi trong quá trình phân vùng.

Phễu chiết chịu tác động cơ học trong một thời gian nhất định. Sau đó, nó được phép đứng trong một thời gian dài để đảm bảo tách hoàn toàn. Để kết luận, các giai đoạn được phân tách bằng cách gạn.

Sau đó, nồng độ của mẫu trong mỗi dung môi được xác định bằng phương pháp đo quang phổ; ví dụ: UV-Visible hoặc phương pháp khác. Cuối cùng, với dữ liệu thu được, hệ số phân vùng và log P.

Phương pháp này có ưu điểm là rẻ tiền, có thể tái tạo và độ chính xác cao. Tóm lại, đây là phương pháp đáng tin cậy nhất để xác định log P.

Nhược điểm chính của phương pháp là rất tốn thời gian: hơn 24 giờ để thực hiện cân bằng chất lỏng, khuấy trộn và tách pha trong quá trình phân vùng. Hơn nữa, nó chỉ áp dụng cho các chất hòa tan trong n-octanol và nước.

Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao

Có thể thu được log P bằng cách tương quan thời gian lưu của mẫu với thời gian lưu của hợp chất đối chứng có cấu trúc hóa học tương tự với giá trị P đã biết.

Đây là một phương pháp mà giá trị log P thu được trong thời gian dưới 20 phút. Nó cho giá trị log p từ 0 đến 6, chỉ tương ứng với các chất kỵ nước.

Điểm bất lợi là giá trị P được xác định bằng hồi quy tuyến tính, vì vậy một số hợp chất có cấu trúc hóa học tương tự như mẫu và các giá trị log P đã biết nên được sử dụng làm tham chiếu.

Các ứng dụng

Tối ưu hóa hoạt động của thuốc

Nếu một loại thuốc được uống vào, nó phải đến được lòng ruột non, nơi hầu hết các chất được hấp thụ. Sau đó, nó đi qua bên trong tế bào, hòa tan trong lớp kép lipid là một phần của màng. Quá trình này được ưa chuộng bởi tính chất kỵ nước của thuốc.

Thuốc phải đi qua tế bào ruột, qua màng đáy để vào máu và đến các thụ thể đích để tác dụng thuốc. Một số giai đoạn của quá trình tổng thể được ưa chuộng bởi tính chất kỵ nước của thuốc, nhưng những giai đoạn khác thì không.

Giá trị của hệ số phân vùng phải được tìm thấy cho phép tất cả các quá trình cần thiết cho hoạt động của thuốc và sức khỏe của cơ thể đạt yêu cầu.

Việc sử dụng các loại thuốc kỵ nước quá mức có thể gây độc, vì quá trình chuyển hóa của chúng có thể tạo ra các chất chuyển hóa có khả năng gây hại. Mặt khác, các loại thuốc kỵ nước hoàn toàn khó hấp thu ở ruột.

Hóa chất nông nghiệp

Hoạt động của thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ bị ảnh hưởng bởi bản chất kỵ nước của chúng. Tuy nhiên, tính kỵ nước có thời gian bán hủy dài hơn. Do đó, tác động gây ô nhiễm đến môi trường kéo dài, và có thể gây ra thiệt hại về mặt sinh thái.

Các sản phẩm kỵ nước hiệu quả nên được sản xuất với thời gian bán hủy ngắn hơn.

Chăm sóc môi trường

Các hợp chất kỵ nước thường là chất gây ô nhiễm cho môi trường, vì chúng được thoát qua lòng đất, có thể đến nước ngầm và sau đó là nước sông.

Biết được hệ số phân vùng của một hợp chất, có thể thực hiện những thay đổi trong cấu trúc hóa học của nó để thay đổi tính kỵ nước của nó để giảm tác động gây ô nhiễm của nó đối với môi trường.

Địa chất thủy văn sử dụng hệ số phân vùng octanol / nước (Kow) để kiểm soát dòng chảy của các hợp chất kỵ nước, cả trong đất và nước ngầm.

Người giới thiệu

1. Bannan, CC, Calabró, G., Kyu, DY, & Mobley, DL (2016). Tính hệ số phân tán của các phân tử nhỏ trong Octanol / Nước và Cyclohexane / Nước. Tạp chí lý thuyết hóa học và tính toán, 12 (8), 4015–4024. doi: 10.1021 / acs.jctc.6b00449
2. Wikipedia. (2019). Hệ số phân tán. Phục hồi từ: es.wikipedia.org
3. Đại học quốc gia Colombia. (sf). Bài 8: Thực nghiệm xác định hệ số phân vùng barbiturat. . Được khôi phục từ: red.unal.edu.co
4. Sevier. (2019). Hệ số phân tán. Khoa học Trực tiếp. Phục hồi từ: sciricalirect.com
5. Seeboo Hemnath. (2019). Hệ số phân vùng: Định nghĩa và Tính toán. Học. Phục hồi từ: study.com