מקדם חלוקה: חלוקה, חלוקה, יישומים - כִּימִיָה - 2025

מקדם חלוק או מחיצה מוגדרת כיחס של הריכוז של מינים כימיים או מומס בין שתי בתקשורת בשיווי משקל. המדיום הזה יכול להיות גז כמו אוויר; נוזל כמו מים או שמן; או תערובת מורכבת כמו דם או רקמות אחרות.

מקדם חלוקת הדם / האוויר חשוב להסביר את חילופי הגזים המתרחשים בריאות, בין הדם לאטמוספרה.

תרשים המסביר את מקדם החלוקה לשלושה מומסים בין שני שלבים. מקור: פרדולה

התמונה למעלה מדגימה בצורה מפושטת ומבריקה את המושג שהסביר. כל דמות מייצגת אנליסט, המופץ ו / או מופץ בין שני שלבים בלתי ניתנים לבלתי מעורערים: האחד העליון והשני התחתון.

הריבועים הירוקים נמצאים בעיקר בשלב העליון; ואילו המשולשים האדומים מתמוססים יותר בשלב התחתון, והמעגלים הסגולים בוחרים להיות בממשק.

מורגש כיצד K _D משתנה עבור כל אנליט. אם K _D גדול מ -1, האנליט יפיץ יותר לכיוון השלב העליון; אם ערכו קרוב ל -1, הוא נוטה להיות בממשק; או אם להפך, K _D הוא פחות מ 1, זה יהיה בעיקר בשלב התחתון.

אחת הצורות של מקדם החלוקה היא זו הקיימת בין שני נוזלים בלתי ניתנים לחלוקה בשיווי משקל; וכך גם מערכת n- אוקטן ומים. מערכת זו שימשה להקמת מאפיין חשוב של תרכובת: אופיו ההידרופובי או ההידרופילי.

הערך של מקדם החלוקה (P), או מקדם החלוקה (K), משמש לציון ההידרופוביות של תרופה. כך ניתן להשתמש בו כדי לחזות את ספיגת המעי שלו, את חלוקתו, את חילוף החומרים ואת תהליך ההפרשה שלו.

מקדם חלוקה

הַגדָרָה

מקדם החלוקה (K) של חומר, המכונה גם מקדם החלוקה (P), הוא הכמות של חלוקת ריכוזי החומר לשני שלבים; המורכב מתערובת של שני ממסים שאינם ניתנים לחלוקה מכיוון שיש להם צפיפות וטבעים שונים.

הערך של מקדם החלוקה (K) או המחיצה (P) קשור להבדל במסיסות החומר בנוזלים הבלתי ניתנים לחלק המהווים את התערובת.

K או P = ₁ / ₂

₁ הוא ריכוז החומר בנוזל 1. ו _-2 הוא הריכוז של אותו חומר בנוזל 2.

פרשנות

אם ל- K או P ערך שווה ל -3, זה מצביע על כך שהחומר מרוכז פי 3 בנוזל 1 מאשר בנוזל 2. אך יחד עם זאת, זה גם מצביע על כך שהחומר מסיס יותר בנוזל 1.

כעת, אם הערך של K או P הוא 0.3, לחומר יש ריכוז גבוה יותר בנוזל 2; ולכן המסיסות שלו גבוהה יותר בנוזל 2 מאשר בנוזל 1.

מקדם מחיצת אוקטנול / מים

באזורים מסוימים במחקר כמו כימיה אורגנית ותרופות, תערובת הנוזלים מורכבת ממים ונוזל אפולרי כמו n- אוקטנול או 1-אוקטנול, וזו הסיבה שמפנים לעתים קרובות למקדם חלוקת האוקנול. / מים המיוצגים על ידי Pow.

ל- n-octanol צפיפות של 0.824 גרם / ס"מ ³ ; ואילו למים, כידוע, צפיפות של 1 גרם / ס"מ ³ קבועים. לאחר שאיזון בין שני הנוזלים, n-octanol תופס את החלק העליון של תערובת הנוזלים הבלתי ניתנים לניקוי, אשר נקראה נוזל 1.

חומר הידרופובי יהיה בריכוז גבוה יותר ב- n-octanol, ברגע שהנוזלים הבלתי ניתנים לאיזון. לעומת זאת, לחומר הידרופילי תהיה ריכוז גבוה יותר במים.

הגבלות

מקדם החלוקה או החלוקה חל על חומרים שאינם מיוננים. במקרה בו נמדד מקדם החלוקה בחומר ניתנת להמרה, יש לכוונן את רמת החומציות או להשתמש במאגר בשלב המימי כדי להבטיח שהחומר מוצג כלא מופרד.

בקביעת מקדם החלוקה, אין להשתמש בחומרים פעילי שטח או פעילי שטח, שכן חומרים אלה, בשל טבעם האמפיפילי, ממוקמים בממשק של נוזלים שלא ניתנים לחלוקה.

מקדם החלוקה n-octanol / water מתבטא בדרך כלל בצורה לוגריתמית; כלומר, כמו יומן P או כ- K, בגלל המשרעת של הערכים של P ו- K.

אם יומן ה- P של חומר גדול מ- 0, זה מעיד על כך שהחומר הוא הידרופובי. לעומת זאת, אם יומן P נמוך מ- 0 (כלומר, שלילי), זה מצביע על כך שהחומר הוא הידרופילי.

מקדם התפלגות (D)

מקדם ההפצה (D) הוא המנה בין הריכוז של כל החומרים, מיוננים ולא מיוננים, בנוזל 1 (n-octanol) לבין הריכוז של אותם חומרים בנוזל 2 (מים).

לאחר שהתקבל הערך של מקדם ההפצה (D), זה יכול להתבטא בלוגריתם של D עקב משרעת הערכים של D.

כדי להשיג את מקדם החלוקה (D), יש לאגר את השלב המימי; במילים אחרות, ב- pH מסוים, שצריך לציין כשמתייחסים לערך של מקדם החלוקה שהתקבל.

נוח לבצע את קביעת D ב- pH 7.4. PH זה תואם לזה של הדם ומייצג את התנאים שנתקלו בתרופות או בתרכובות בסביבה התוך תאית ובסביבה החוץ תאית.

עבור תרכובת שאינה ניתנת ליישום, יומן D = log P, ללא קשר ל- pH המשמש.

קביעה ניסיונית של מקדם החלוקה

ישנן מספר שיטות למדידת מקדם החלוקה (P). אלה כוללים את שיטת בקבוק השייק וכרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים. שתיהן דורשות ידע קודם על מסיסות חומר הבדיקה, הן ב- n-octanol והן במים.

שיטת הבקבוק לנער

הדגימה מומסת ב n- אוקטנול רווי במים, אשר יחולק במשפך המפריד או מבולק עם מים רוויים ב n- אוקטנול. הרוויה בממסים הכרחית בכדי להימנע מהעברת ממס בתהליך החלוקה.

המשפך המפריד נתון לתסיסה מכנית למשך זמן מסוים. לאחר מכן מותר לעמוד זמן רב כדי להבטיח הפרדה מוחלטת. לסיכום, השלבים מופרדים על ידי גניבה.

לאחר מכן, נקבע ריכוז הדגימה בכל אחד מממסים בשיטה ספקטרופוטומטרית; למשל שיטה נראית UV או שיטה אחרת. לבסוף, עם הנתונים שהושגו, מקדם החלוקה ויומן P.

לשיטה זו היתרון בכך שהיא זולה, ניתן לשחזור ומדויקת ביותר. לסיכום, זו השיטה האמינה ביותר לקביעת יומן P.

החיסרון העיקרי של השיטה הוא שזה זמן רב: יותר מ- 24 שעות לבצע שיווי משקל, ערבוב והפרדת פאזות במהלך תהליך החלוקה. יתרה מזאת, זה ישים רק על חומרים המסיסים ב- n-octanol ובמים.

שיטת כרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים

ניתן להשיג את היומן P על ידי מתאם בין זמן האצירה של הדגימה לבין זמן האצירה של תרכובת הפניה בעלת מבנה כימי דומה עם ערך P ידוע.

זוהי שיטה בה ערך ה- log P מתקבל בזמן של פחות מ- 20 דקות. זה נותן ערכי log p בין 0 ל 6, אשר תואמים רק לחומרים הידרופוביים.

החיסרון הוא שערך ה- P נקבע על ידי רגרסיה ליניארית, ולכן יש להשתמש בתור תרכובות שונות עם מבנה כימי הדומה למדגם וערכי log P הידועים.

יישומים

מיטוב פעולת הסמים

אם נבלעת תרופה, עליה להגיע לומן של המעי הדק, שם נספגים רוב החומרים. לאחר מכן, הוא עובר דרך פנים התאים, מתמוסס בשכבה הדו-שומנית שהיא חלק מהקרום. תהליך זה מועדף על ידי האופי ההידרופובי של התרופה.

על התרופה לעבור בתאי המעי, לחצות את קרום המרתף כדי להגיע לדם ולהגיע לקולטני היעד של פעולת התרופה. חלק מהשלבים של התהליך הכולל מועדפים על ידי האופי ההידרופובי של התרופה, אך אחרים אינם.

יש למצוא ערך של מקדם החלוקה המאפשר לכל התהליכים הנחוצים לפעולת התרופה ולרווחת הגוף להיות מספקים.

השימוש בתרופות הידרופוביות יתר עלול יכול להיות רעיל, שכן חילוף החומרים שלהם יכול לייצר מטבוליטים שעלולים להזיק. מצד שני, תרופות הידרופיליות לחלוטין מתקשות לספיגת מעיים.

אגרוכימיקלים

פעילותם של קוטלי חרקים וקוטלי עשבים מושפעת מאופיים ההידרופובי. עם זאת, הידרופוביות קשורה למחצית חיים ארוכה יותר. לכן ההשפעה המזהמת על הסביבה ממושכת ויכולה לגרום לנזק אקולוגי.

יש לייצר מוצרים הידרופוביים יעילים עם זמן מחצית חיים קצר יותר.

טיפול סביבתי

תרכובות הידרופוביות הן בדרך כלל מזהמים לסביבה, מכיוון שהם מתנקזים דרך האדמה, היכולים להגיע למי התהום ובהמשך למי הנהר.

בידיעת מקדם החלוקה של תרכובת, ניתן לבצע שינויים במבנה הכימי שלו המשנים את ההידרופוביות שלו על מנת להפחית את פעולתו המזהמת על הסביבה.

ההידרוגיאולוגיה משתמשת במקדם חלוקת האוקנול / מים (Kow) כדי לשלוט על זרימת תרכובות הידרופוביות, הן בקרקע והן במי תהום.

הפניות

1. Bannan, CC, Calabró, G., Kyu, DY, & Mobley, DL (2016). חישוב מקדמי חלוקה של מולקולות קטנות באוקטנול / מים וסיקלוהקסן / מים. כתב העת לתיאוריה כימית וחישוב, 12 (8), 4015–4024. doi: 10.1021 / acs.jctc.6b00449
2. ויקיפדיה. (2019). מקדם חלוקה. התאושש מ: es.wikipedia.org
3. האוניברסיטה הלאומית של קולומביה. (sf). יחידה 8: קביעה ניסיונית של מקדם החלוקה הברביטורית. . התאושש מ: red.unal.edu.co
4. הסבייר. (2019). מקדם חלוקה. מדע ישיר. התאושש מ: sciencedirect.com
5. סיבו המנת. (2019). מקדם חלוקה: הגדרה וחישוב. לימוד. התאושש מ: study.com