Coeficiente de partição: distribuição, distribuição, aplicações

O coeficiente de partição ou distribuição é definido como a razão da concentração de uma espécie química ou de soluto entre dois meios de equilíbrio. Este meio pode ser um gás como o ar; um líquido como água ou óleo; ou uma mistura complexa como sangue ou outros tecidos.

O coeficiente de partição sangue / ar é importante para explicar as trocas gasosas que ocorrem nos pulmões, entre o sangue e a atmosfera.

Coeficiente de partição: distribuição, distribuição, aplicações 1

Diagrama explicando o coeficiente de distribuição para três solutos entre duas fases. Fonte: Perdula [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

A imagem acima demonstra o conceito explicado de uma maneira simplificada e brilhante. Cada figura representa um analito, que é distribuído e / ou distribuído entre duas fases imiscíveis: uma superior e outra inferior.

Os quadrados verdes estão predominantemente localizados na fase superior; enquanto os triângulos vermelhos se dissolvem mais na fase inferior, e os círculos roxos escolhem se colocar na interface.

Ele mostra como varia K D para cada analito. Se K D é maior do que 1, o analito é distribuída para a fase superior; se seu valor for próximo de 1, ele tenderá a estar localizado na interface; ou se, pelo contrário, K D for menor que 1, será principalmente na fase inferior.

Uma das formas de coeficiente de partição é aquela entre dois líquidos imiscíveis em equilíbrio; como o sistema de n-octanagem e água. Este sistema foi utilizado para estabelecer uma propriedade importante de um composto: seu caráter hidrofóbico ou hidrofílico.

O valor do coeficiente de partição (P) ou coeficiente de partição (K) é usado para indicar a natureza hidrofóbica de um medicamento. Assim, pode ser utilizado para prever seu processo de absorção, distribuição, metabolismo e excreção intestinal.

Coeficiente de Partição

Definição de

O coeficiente de partição (K) de uma substância, também chamado de coeficiente de partição (P), é a razão de dividir as concentrações de uma substância em duas fases; constituído pela mistura de dois solventes imiscíveis de diferentes densidades e naturezas.

O valor do coeficiente de partição (K) ou partição (P) está relacionado à diferença na solubilidade da substância nos líquidos imiscíveis que fazem parte da mistura.

K ou P = [substância] 1 / [substância] 2

[substância] 1 é a concentração da substância no líquido 1. E [substância] 2 é a concentração da mesma substância no líquido 2.

Interpretação

Se K ou P tiver um valor igual a 3, isso indica que a substância é 3 vezes mais concentrada no líquido 1 do que no líquido 2. Mas, ao mesmo tempo, também indica que a substância é mais solúvel no líquido 1.

Agora, se o valor de K ou P for 0,3, a substância terá uma concentração mais alta no líquido 2; e, portanto, sua solubilidade no líquido 2 é maior que no líquido 1.

Coeficiente de partição octanol / água

Em algumas áreas de pesquisa, como química orgânica e farmacêutica, a mistura de líquidos é formada por água e um líquido não polar, como n-octanol ou 1-octanol, por isso geralmente falamos sobre o coeficiente de partição octanol / água representada por Pow.

O n-octanol com uma densidade de 0,824 g / cm 3 ; enquanto a água, como é conhecida, tem uma densidade de aproximadamente 1 g / cm 3 . Uma vez equilibrados os dois líquidos, o n-octanol ocupa a parte superior da mistura dos líquidos imiscíveis, denominada líquido 1.

Uma substância hidrofóbica terá uma concentração mais alta no n-octanol, uma vez que os líquidos imiscíveis tenham se equilibrado. Por outro lado, uma substância hidrofílica terá uma maior concentração na água.

Restrições

O coeficiente de partição ou distribuição se aplica a substâncias não ionizadas. No caso de o coeficiente de partição de uma substância ionizável estar sendo medido, o pH deve ser ajustado ou um tampão usado na fase aquosa para garantir que a substância seja apresentada como não dissociada.

Na determinação do coeficiente de partição, surfactantes ou surfactantes não devem ser utilizados, pois essas substâncias, devido ao seu caráter anfifílico, estão localizadas na interface de líquidos imiscíveis.

O coeficiente de partição n-octanol / água é geralmente expresso na forma logarítmica; isto é, como log P ou log de K, devido à amplitude dos valores de P e K.

Se o log de P para uma substância for maior que 0, isso indica que a substância é hidrofóbica. Pelo contrário, se o log de P for menor que 0 (isto é, negativo), isso indicará que a substância é hidrofílica.

Coeficiente de distribuição (D)

O coeficiente de distribuição (D) é a razão entre a concentração de todas as substâncias ionizadas e não ionizadas no líquido 1 (n-octanol) e a concentração das mesmas substâncias no líquido 2 (água).

Uma vez obtido o valor do coeficiente de distribuição (D), ele pode ser expresso como um logaritmo de D devido à amplitude dos valores de D.

Para obter o coeficiente de distribuição (D), a fase aquosa deve ser tamponada; isto é, a um dado pH, que deve ser indicado quando se refere ao valor do coeficiente de distribuição obtido.

É conveniente realizar a determinação de D em pH 7,4. Este pH corresponde ao do sangue e representa as condições que os medicamentos ou compostos encontrarão no meio intracelular e no meio extracelular.

Para um composto não ionizável, log D = log P, independentemente do pH utilizado.

Determinação experimental de um coeficiente de partição

Existem vários métodos para medir o coeficiente de partição (P). Entre eles estão o método de agitação em balão e cromatografia líquida de alta eficiência. Ambos requerem um conhecimento prévio da solubilidade da substância em estudo, tanto em n-octanol quanto em água.

Método de agitação do balão

A amostra é dissolvida em n-octanol saturado com água, que será particionado em um funil, separado ou decantado com água saturada com n-octanol. A saturação de solvente é necessária para evitar a transferência de solvente durante o processo de particionamento.

O funil de separação é sujeito a agitação mecânica por um certo tempo. Em seguida, é deixado em repouso por um longo tempo para garantir uma separação completa. Para concluir, as fases são separadas por decantação.

Então, a concentração da amostra em cada um dos solventes é determinada usando um método espectrofotométrico; por exemplo, UV-Visible ou outro método. Finalmente, com os dados obtidos, o coeficiente de partição e o log P serão calculados.

Este método tem a vantagem de ser econômico, reproduzível e de alta precisão. Em suma, é o método mais confiável para determinar o log P.

A principal desvantagem do método é que ele consome muito tempo: mais de 24 horas para realizar o balanço dos líquidos, a agitação e a separação das fases durante o processo de particionamento. Além disso, é aplicável apenas a substâncias solúveis em n-octanol e água.

Método de cromatografia líquida de alta eficiência

O log P pode ser obtido usando a correlação do tempo de retenção da amostra, com o tempo de retenção de um composto de referência de estrutura química semelhante com um valor de P conhecido.

É um método no qual o valor do log P é obtido em uma duração inferior a 20 minutos. Dá valores de log p entre 0 e 6, o que corresponde apenas a substâncias hidrofóbicas.

A desvantagem é que o valor de P é determinado por regressão linear, de modo que vários compostos de estrutura química semelhante à amostra e valores conhecidos de log P devem ser usados ​​como referência.

Aplicações

Otimização da ação do medicamento

Se um medicamento é ingerido, deve atingir o lúmen do intestino delgado, onde a maioria das substâncias é absorvida. Em seguida, atravessa o interior das células, dissolvendo-se na bicamada lipídica que faz parte da membrana. Este processo é favorecido pela natureza hidrofóbica da droga.

O medicamento deve passar pelas células intestinais, atravessando a membrana basal para alcançar o sangue e atingir os receptores alvo da ação do medicamento. Algumas etapas do processo geral são favorecidas pela natureza hidrofóbica da droga, mas outras não.

É necessário encontrar um valor do coeficiente de partição que permita que todos os processos necessários para a ação do bem-estar da droga e do corpo sejam satisfatórios.

O uso de drogas excessivamente hidrofóbicas pode ser tóxico, pois seu metabolismo pode produzir metabólitos potencialmente prejudiciais. Por outro lado, drogas totalmente hidrofílicas apresentam dificuldade de absorção intestinal.

Agroquímicos

A atividade de inseticidas e herbicidas é influenciada por seu caráter hidrofóbico. No entanto, a hidrofobicidade está associada a uma meia-vida mais longa. Portanto, o efeito contaminante no meio ambiente é prolongado, o que pode causar danos ecológicos.

Devem ser produzidos produtos hidrofóbicos que atuem eficientemente, com uma meia-vida mais curta.

Cuidado do meio ambiente

Os compostos hidrofóbicos tendem a poluir o meio ambiente, pois são drenados pelo solo, podendo chegar às águas subterrâneas e depois às águas dos rios.

Conhecendo o coeficiente de partição de um composto, alterações em sua estrutura química que modificam a hidrofobicidade podem ser feitas para reduzir sua ação contaminante no meio ambiente.

A hidrogeologia usa o coeficiente de partição octanol / água (Kow) para controlar o fluxo de compostos hidrofóbicos, tanto no solo quanto nas águas subterrâneas.

Referências

  1. Bannan, CC, Calabró, G., Kyu, DY e Mobley, DL (2016). Cálculo dos coeficientes de partição de pequenas moléculas em octanol / água e ciclo-hexano / água.Jornal de teoria e computação químicas , 12 (8), 4015-4024. doi: 10.1021 / acs.jctc.6b00449
  2. Wikipedia (2019). Coeficiente de distribuição. Recuperado de: en.wikipedia.org
  3. Universidade nacional da Colômbia. (sf). Unidade 8: Determinação experimental do coeficiente de distribuição de barbitúricos. [PDF]. Recuperado de: red.unal.edu.co
  4. The Sevier (2019). Coeficiente de partição. Science Direct Recuperado de: sciencedirect.com
  5. Seeboo Hemnath. (2019). Coeficiente de Partição: Definição e Cálculo. Estudo Recuperado de: study.com

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