Oktanooli-vee jaotuskoefitsient

Oktanooli-vee jaotuskoefitsient (ka oktanooli-vee jaotustegur) on keemilist ainet iseloomustav füsiko-keemiline suurus, mis on seotud aine hüdrofoobsusega ning mis näitab, kas uuritav aine jaotub veest ja n-oktanoolist koosnevas kahefaasilises süsteemis pigem hüdrofoobsemasse orgaanilisse faasi või pigem polaarsemasse veefaasi.

Erialakirjanduses tähistatakse vastavaid jaotuskoefitsiente sageli K_ow (K tähistab tasakaalukonstanti, o oktanooli ja w vett) või P (ingliskeelsest sõnast partition). K_ow saab määrata eksperimentaalselt, kuid on ka arvutuslikke meetodeid, mille täpsus varieerub kasutatavast algoritmist ja ka uuritavast aineklassist olenevalt. K_ow ja selle kümnendlogaritm (logK_ow või logP) on üks parameetritest, mille alusel hinnatakse ravimite ja ravimikandidaatide võimet imenduda soolestikus või läbida rakkude hüdrofoobset plasmamembraani.^[1]^[2]^[3]^[4]

Kvantitatiivne mudel

Mitteioniseeruvate ainete puhul kehtib K_ow jaoks järgmine valem: $K_{\text{ow}}={\frac {{\big [}{\text{lahustunud aine}}{\big ]}_{\text{oktanoolis}}^{\text{neutraalne}}}{{\big [}{\text{lahustunud aine}}{\big ]}_{\text{vees}}^{\text{neutraalne}}}},$ kus nurksulgudes on uuritava lahustunud aine tasakaaluline kontsentratsioon kummaski faasis. Mida suurem on K_ow ja selle logaritm, seda rohkem jaotub uuritav aine oktanooli faasi. Näiteks K_ow väärtus 10 (ehk logK_ow väärtus 1) tähendab, et aine kontsentratsioon oktanoolifaasis on kümme korda suurem kui aine kontsentratsioon veefaasis.^[5]

Ioniseeruvad ained võivad olenevalt pH-st esineda nii laenguta kui ka laetud kujul. Selliste ainete iseloomustamiseks kasutatakse jaotuskoefitsiendina kas suurust K_ow^I (ehk P^I) või D_ow (ingliskeelsest sõnast distribution).^[6] Esimene neist arvestab ainult ioniseeritud vormi jaotumisega faaside vahel: $K_{\text{ow}}^{I}={\frac {{\big [}{\text{lahustunud aine}}{\big ]}_{\text{oktanoolis}}^{\text{ioon}}}{{\big [}{\text{lahustunud aine}}{\big ]}_{\text{vees}}^{\text{ioon}}}}{\text{,}}$ kus nurksulgudes on uuritava aine ioniseeritud (I) vormi tasakaaluline kontsentratsioon kummaski faasis.

Teine suurus, mida nimetatakse ka jaotusteguriks, arvestab aine eri vormide esinemist eri faasides: $D_{\text{ow}}={\frac {{\big [}{\text{lahustunud aine}}{\big ]}_{\text{oktanoolis}}^{\text{ioon}}+{\big [}{\text{lahustunud aine}}{\big ]}_{\text{oktanoolis}}^{\text{neutraalne}}}{{\big [}{\text{lahustunud aine}}{\big ]}_{\text{vees}}^{\text{ioon}}+{\big [}{\text{lahustunud aine}}{\big ]}_{\text{vees}}^{\text{neutraalne}}}}$

Seejuures sõltub jaotustegur D_ow ja selle kümnendlogaritm (logD_ow) veefaasi pH väärtusest ning jaotusteguri eksperimentaalsel määramisel töötatakse mitte puhta veega, vaid puhverlahusega. Sageli raporteeritakse uuritavate ainete logD väärtusi tingimustes, kus veefaasi pH väärtus on fikseeritud 7,4 juures, kuivõrd tegemist on nn füsioloogilise pH-ga.^[7]^[8]

Ajalooline taust ja kasutusalad tänapäeval

Esimesed uuringud ainete jaotuskoefitsientide määramise valdkonnas, sh süsteemides õhk-orgaaniline faas ja orgaaniline faas-vesi, tehti 1930. aastatel anesteesia- ja unerohtude jaoks. Põhjuseks oli vajadus hinnata, kuidas organism omistab selliseid aineid (näiteks barbituraate, aga ka dilämmastikmonooksiidi või kloroformi) ning kuidas on võimalik ka nende toimet peatada.^[9]^[10]

n-oktanooli struktuur: süsinikud on näidatud mustadena, vesinikud valgetena, hapnik punasena. Täht "n" nimetuse alguses tuleneb sõnast normaalne ja tähistab asjaolu, et molekul on sirge ahelaga

Ajalooliselt kasutati orgaanilise faasina esialgu oliiviõli, kuivõrd see oli kättesaadav ning laborites kasutuses ka selliste ainete säilitamiseks, mis on tundlikud õhuniiskuse või hapniku suhtes. Tagamaks katsete paremat võrreldavust ja süsteemi puhtust, võeti aga hiljem kasutusse n-oktanool, mis oli ka hinnasõbralikum. Samas on hilisemad uuringud näidanud, et ravimite biokättesaadavuse ja akumuleeruvuse hindamiseks on oliiviõli tegelikult parem, sest selle koostis sarnaneb rohkem näiteks rakumembraanide komponentidega.^[11]^[12]

Tänapäeval kasutatakse oktanooli-vee süsteemi jaoks määratud või arvutatud jaotuskoefitsiendi väärtusi, hindamaks ravimikandidaatide farmakokineetilist sobivust suukaudse ravimina kasutamiseks (näiteks käsitleb aine logP väärtust ühe parameetrina Lipinski viie reegel).^[13] Samuti kasutatakse logP väärtust, hindamaks püsivate ainete ladestumist organismide rasvkutte.^[14] Lisaks leiab logP väärtus rakendust aine omaduste hindamiseks mitmefaasilistes süsteemides, näiteks kõrgsurve-vedelikkromatograafia või tahkefaas-ekstraktsiooni korral.^[15]^[16]

Viited

↑ Hernits, Kertu (2017). "Ligniini laguproduktide jaotuskoefitsientide eksperimentaalne määramine ja modelleerimine COSMO-RS meetodiga". TÜ Keemia instituut, bakalaureusetöö. Vaadatud 15.11.2023.
↑ Schönsee, Carina D.; Bucheli, Thomas D. (9. aprill 2020). "Experimental Determination of Octanol–Water Partition Coefficients of Selected Natural Toxins". Journal of Chemical & Engineering Data (inglise). 65 (4): 1946–1953. DOI:10.1021/acs.jced.9b01129. ISSN 0021-9568.
↑ Kim, Taeho; Park, Hwangseo (2015). "Computational prediction of octanol-water partition coefficient based on the extended solvent-contact model". Journal of Molecular Graphics & Modelling. 60: 108–117. DOI:10.1016/j.jmgm.2015.06.004. ISSN 1873-4243. PMID 26142695.
↑ "Calculate Partition Coefficients | LogP Prediction Software". ACD/Labs (Ameerika inglise). Vaadatud 15. novembril 2023.
↑ Moldoveanu, Serban; David, Victor (1. jaanuar 2021), Moldoveanu, Serban; David, Victor (toim-d), "Chapter 5 - Phase transfer in sample preparation", Modern Sample Preparation for Chromatography (Second Edition), Elsevier, lk 151–190, ISBN 978-0-12-821405-3, vaadatud 15. novembril 2023
↑ Hodges, Geoff; Eadsforth, Charles; Bossuyt, Bart; Bouvy, Alain; Enrici, Marie-Helene; Geurts, Marc; Kotthoff, Matthias; Michie, Eleanor; Miller, Dennis; Müller, Josef; Oetter, Gunter; Roberts, Jayne; Schowanek, Diederik; Sun, Ping; Venzmer, Joachim (9. jaanuar 2019). "A comparison of log Kow (n-octanol–water partition coefficient) values for non-ionic, anionic, cationic and amphoteric surfactants determined using predictions and experimental methods". Environmental Sciences Europe. 31 (1): 1. DOI:10.1186/s12302-018-0176-7. ISSN 2190-4715.
↑ Disdier, Zoé; Savoye, Sébastien; Dagnelie, Romain V. H. (1. oktoober 2022). "Effect of solutes structure and pH on the n-octanol/water partition coefficient of ionizable organic compounds". Chemosphere. 304: 135155. DOI:10.1016/j.chemosphere.2022.135155. ISSN 0045-6535.
↑ Hay, Tanya; Jones, Rhys; Beaumont, Kevin; Kemp, Mark (2009). "Modulation of the partition coefficient between octanol and buffer at pH 7.4 and pKa to achieve the optimum balance of blood clearance and volume of distribution for a series of tetrahydropyran histamine type 3 receptor antagonists". Drug Metabolism and Disposition: The Biological Fate of Chemicals. 37 (9): 1864–1870. DOI:10.1124/dmd.109.027888. ISSN 1521-009X. PMID 19546239.
↑ Meyer, Kurt H. (1. jaanuar 1937). "Contributions to the theory of narcosis". Transactions of the Faraday Society (inglise). 33 (0): 1062–1064. DOI:10.1039/TF9373301062. ISSN 0014-7672.
↑ Tabern, D. L.; Shelberg, E. F. (1933). "Physico-Chemical Properties and Hypnotic Action of Substituted Barbituric Acids". Journal of the American Chemical Society (inglise). 55 (1): 328–332. DOI:10.1021/ja01328a042. ISSN 0002-7863.
↑ Chamberlin, Adam C.; Levitt, David G.; Cramer, Christopher J.; Truhlar, Donald G. (2008). "Modeling free energies of solvation in olive oil". Molecular Pharmaceutics. 5 (6): 1064–1079. DOI:10.1021/mp800059u. ISSN 1543-8384. PMC 2772112. PMID 19434923.
↑ Khawar, Muhammad Irfan; Mahmood, Azhar; Nabi, Deedar (2. september 2022). "Exploring the role of octanol-water partition coefficient and Henry's law constant in predicting the lipid-water partition coefficients of organic chemicals". Scientific Reports (inglise). 12 (1): 14936. DOI:10.1038/s41598-022-19452-6. ISSN 2045-2322.
↑ Mahgoub, Radwa E.; Atatreh, Noor; Ghattas, Mohammad A. (1. jaanuar 2022), Caballero, Julio (toim), "Chapter Three - Using filters in virtual screening: A comprehensive guide to minimize errors and maximize efficiency", Annual Reports in Medicinal Chemistry, Virtual Screening and Drug Docking, Academic Press, kd 59, lk 99–136, vaadatud 15. novembril 2023
↑ Moses, Sara K.; Harley, John R.; Lieske, Camilla L.; Muir, Derek C. G.; Whiting, Alex V.; O'Hara, Todd M. (15. november 2015). "Variation in bioaccumulation of persistent organic pollutants based on octanol-air partitioning: Influence of respiratory elimination in marine species". Marine Pollution Bulletin. 100 (1): 122–127. DOI:10.1016/j.marpolbul.2015.09.020. ISSN 1879-3363. PMC 4679492. PMID 26440545.
↑ Moldoveanu, Serban; David, Victor (1. jaanuar 2022), Moldoveanu, Serban; David, Victor (toim-d), "Chapter 7 - Mobile phases and their properties", Essentials in Modern HPLC Separations (Second Edition), Elsevier, lk 207–269, ISBN 978-0-323-91177-1, vaadatud 15. novembril 2023
↑ Raynie, Douglas (1. august 2023). "A Practical Understanding of Partition Coefficients". LCGC Europe. July / August 2023 (inglise). 36 (07): 275–279.

[1] Hernits, Kertu (2017). "Ligniini laguproduktide jaotuskoefitsientide eksperimentaalne määramine ja modelleerimine COSMO-RS meetodiga". TÜ Keemia instituut, bakalaureusetöö. Vaadatud 15.11.2023.

[2] Schönsee, Carina D.; Bucheli, Thomas D. (9. aprill 2020). "Experimental Determination of Octanol–Water Partition Coefficients of Selected Natural Toxins". Journal of Chemical & Engineering Data (inglise). 65 (4): 1946–1953. DOI:10.1021/acs.jced.9b01129. ISSN 0021-9568.

[3] Kim, Taeho; Park, Hwangseo (2015). "Computational prediction of octanol-water partition coefficient based on the extended solvent-contact model". Journal of Molecular Graphics & Modelling. 60: 108–117. DOI:10.1016/j.jmgm.2015.06.004. ISSN 1873-4243. PMID 26142695.

[4] "Calculate Partition Coefficients | LogP Prediction Software". ACD/Labs (Ameerika inglise). Vaadatud 15. novembril 2023.

[5] Moldoveanu, Serban; David, Victor (1. jaanuar 2021), Moldoveanu, Serban; David, Victor (toim-d), "Chapter 5 - Phase transfer in sample preparation", Modern Sample Preparation for Chromatography (Second Edition), Elsevier, lk 151–190, ISBN 978-0-12-821405-3, vaadatud 15. novembril 2023

[6] Hodges, Geoff; Eadsforth, Charles; Bossuyt, Bart; Bouvy, Alain; Enrici, Marie-Helene; Geurts, Marc; Kotthoff, Matthias; Michie, Eleanor; Miller, Dennis; Müller, Josef; Oetter, Gunter; Roberts, Jayne; Schowanek, Diederik; Sun, Ping; Venzmer, Joachim (9. jaanuar 2019). "A comparison of log Kow (n-octanol–water partition coefficient) values for non-ionic, anionic, cationic and amphoteric surfactants determined using predictions and experimental methods". Environmental Sciences Europe. 31 (1): 1. DOI:10.1186/s12302-018-0176-7. ISSN 2190-4715.

[7] Disdier, Zoé; Savoye, Sébastien; Dagnelie, Romain V. H. (1. oktoober 2022). "Effect of solutes structure and pH on the n-octanol/water partition coefficient of ionizable organic compounds". Chemosphere. 304: 135155. DOI:10.1016/j.chemosphere.2022.135155. ISSN 0045-6535.

[8] Hay, Tanya; Jones, Rhys; Beaumont, Kevin; Kemp, Mark (2009). "Modulation of the partition coefficient between octanol and buffer at pH 7.4 and pKa to achieve the optimum balance of blood clearance and volume of distribution for a series of tetrahydropyran histamine type 3 receptor antagonists". Drug Metabolism and Disposition: The Biological Fate of Chemicals. 37 (9): 1864–1870. DOI:10.1124/dmd.109.027888. ISSN 1521-009X. PMID 19546239.

[9] Meyer, Kurt H. (1. jaanuar 1937). "Contributions to the theory of narcosis". Transactions of the Faraday Society (inglise). 33 (0): 1062–1064. DOI:10.1039/TF9373301062. ISSN 0014-7672.

[10] Tabern, D. L.; Shelberg, E. F. (1933). "Physico-Chemical Properties and Hypnotic Action of Substituted Barbituric Acids". Journal of the American Chemical Society (inglise). 55 (1): 328–332. DOI:10.1021/ja01328a042. ISSN 0002-7863.

[11] Chamberlin, Adam C.; Levitt, David G.; Cramer, Christopher J.; Truhlar, Donald G. (2008). "Modeling free energies of solvation in olive oil". Molecular Pharmaceutics. 5 (6): 1064–1079. DOI:10.1021/mp800059u. ISSN 1543-8384. PMC 2772112. PMID 19434923.

[12] Khawar, Muhammad Irfan; Mahmood, Azhar; Nabi, Deedar (2. september 2022). "Exploring the role of octanol-water partition coefficient and Henry's law constant in predicting the lipid-water partition coefficients of organic chemicals". Scientific Reports (inglise). 12 (1): 14936. DOI:10.1038/s41598-022-19452-6. ISSN 2045-2322.

[13] Mahgoub, Radwa E.; Atatreh, Noor; Ghattas, Mohammad A. (1. jaanuar 2022), Caballero, Julio (toim), "Chapter Three - Using filters in virtual screening: A comprehensive guide to minimize errors and maximize efficiency", Annual Reports in Medicinal Chemistry, Virtual Screening and Drug Docking, Academic Press, kd 59, lk 99–136, vaadatud 15. novembril 2023

[14] Moses, Sara K.; Harley, John R.; Lieske, Camilla L.; Muir, Derek C. G.; Whiting, Alex V.; O'Hara, Todd M. (15. november 2015). "Variation in bioaccumulation of persistent organic pollutants based on octanol-air partitioning: Influence of respiratory elimination in marine species". Marine Pollution Bulletin. 100 (1): 122–127. DOI:10.1016/j.marpolbul.2015.09.020. ISSN 1879-3363. PMC 4679492. PMID 26440545.

[15] Moldoveanu, Serban; David, Victor (1. jaanuar 2022), Moldoveanu, Serban; David, Victor (toim-d), "Chapter 7 - Mobile phases and their properties", Essentials in Modern HPLC Separations (Second Edition), Elsevier, lk 207–269, ISBN 978-0-323-91177-1, vaadatud 15. novembril 2023

[16] Raynie, Douglas (1. august 2023). "A Practical Understanding of Partition Coefficients". LCGC Europe. July / August 2023 (inglise). 36 (07): 275–279.

[1]