Coeficiente de partición octanol-agua

Medida de lipofilicidad e hidrofilicidad

El coeficiente de partición n -octanol-agua, Kow _, es un coeficiente de partición para el sistema de dos fases que consta de n -octanol y agua. ^[1] Kow también se menciona con frecuencia con el símbolo _P , especialmente en la literatura inglesa. También se denomina relación de partición n -octanol-agua . ^{[2] [3] [4]}

Kow sirve como medida de la relación entre la lipofilicidad (solubilidad en grasas) y la hidrofilicidad (solubilidad en agua) de una sustancia. El valor es mayor que uno si una sustancia es más soluble en solventes similares a las grasas, como el _n -octanol, y menor que uno si es más soluble en agua. ^{[ cita requerida ]}

Si una sustancia está presente en varias especies químicas en el sistema octanol-agua debido a la asociación o disociación , a cada especie se le asigna su propio valor de K _ow . Un valor relacionado, D, no distingue entre especies diferentes, sino que solo indica la relación de concentración de la sustancia entre las dos fases. ^{[ cita requerida ]}

Historia

En 1899, Charles Ernest Overton y Hans Horst Meyer propusieron de forma independiente que la toxicidad de los compuestos orgánicos no ionizables depende de su capacidad para repartirse en los compartimentos lipófilos de las células. Además, propusieron el uso del coeficiente de reparto en una mezcla de aceite de oliva y agua como estimación de esta toxicidad asociada a los lipofilos. Más tarde, Corwin Hansch propuso el uso del n-octanol como un alcohol sintético económico que podría obtenerse en forma pura como alternativa al aceite de oliva. ^{[5] [6]}

Aplicaciones

_{Los valores de Kow} se utilizan, entre otras cosas, para evaluar el destino ambiental de los contaminantes orgánicos persistentes . Las sustancias químicas con coeficientes de partición altos, por ejemplo, tienden a acumularse en el tejido graso de los organismos ( bioacumulación ). Según el Convenio de Estocolmo , se considera que las sustancias químicas con un log Kow superior a 5 se bioacumulan _. [ 7 ^]

Además, el parámetro juega un papel importante en la investigación de fármacos ( Regla de los Cinco ) y la toxicología . Ernst Overton y Hans Meyer descubrieron ya en 1900 que la eficacia de un anestésico aumentaba con el aumento del valor de K _ow (la llamada regla de Meyer-Overton ). ^[8]

_{Los valores de} Kow también proporcionan una buena estimación de cómo se distribuye una sustancia dentro de una célula entre las biomembranas lipofílicas y el citosol acuoso . ^{[ cita requerida ]}

Estimación

Dado que no es posible medir Kow para todas las sustancias, se han desarrollado varios modelos para permitir su predicción, por ejemplo, _las relaciones cuantitativas estructura-actividad (QSAR) o las relaciones lineales de energía libre (LFER) ^{[9] [10]} como la ecuación de Hammett . ^[9]

También se puede utilizar una variante del sistema UNIFAC para estimar los coeficientes de partición octanol-agua. ^[11]

Ecuaciones

• Definición del Kow o valor _P

El valor Kow o P siempre se refiere únicamente a una única especie _o sustancia:

${\displaystyle K_{\mathrm {ow} }=P={\frac {c_{o}^{S_{i}}}{c_{w}^{S_{i}}}}}$

con:

• ${\displaystyle c_{o}^{S_{i}}}$concentración de la especie i de una sustancia en la fase rica en octanol
• ${\displaystyle c_{w}^{S_{i}}}$concentración de la especie i de una sustancia en la fase rica en agua

Si en el sistema octanol-agua se encuentran distintas especies por disociación o asociación, existen varios valores P y un valor D para el sistema. Si, por el contrario, la sustancia sólo está presente en una única especie, los valores P y D son idénticos.

P se expresa habitualmente como un logaritmo común , es decir Log P (también Log P _ow o, con menor frecuencia, Log pOW):

${\displaystyle \log {P}=\log {\frac {c_{o}^{S_{i}}}{c_{w}^{S_{i}}}}=\log c_{o}^{S_{i}}-\log c_{w}^{S_{i}}}$El registro P es positivo para sustancias o especies lipofílicas y negativo para sustancias o especies hidrofílicas.

• Definición del valor D

El valor P solo se refiere correctamente a la relación de concentración de una sola sustancia distribuida entre las fases de octanol y agua. En el caso de una sustancia que se presenta como múltiples especies, se puede calcular sumando las concentraciones de todas las n especies en la fase de octanol y las concentraciones de todas las n especies en la fase acuosa:

${\displaystyle D={\frac {c_{o}}{c_{w}}}={\frac {c_{o}^{S_{1}}+c_{o}^{S_{2}}+\dots +c_{o}^{S_{n}}}{c_{w}^{S_{1}}+c_{w}^{S_{2}}+\dots +c_{w}^{S_{n}}}}}$

con:

• ${\displaystyle c_{o}}$concentración de la sustancia en la fase rica en octanol
• ${\displaystyle c_{w}}$concentración de la sustancia en la fase rica en agua

Los valores D también se dan normalmente en forma de logaritmo común como Log D:

${\displaystyle \log {D}=\log {\frac {c_{o}}{c_{w}}}=\log c_{o}-\log c_{w}}$

Al igual que el valor de Log P, el valor de Log D es positivo para las sustancias lipofílicas y negativo para las hidrófilas. Mientras que los valores de P son en gran medida independientes del valor de pH de la fase acuosa debido a su restricción a una sola especie, los valores de D suelen depender en gran medida del valor de pH de la fase acuosa.

Valores de ejemplo

Los valores de log Kow suelen oscilar entre -3 (muy hidrófilo) y +10 (extremadamente lipófilo/hidrófobo). _[ ^12]

Los valores que se enumeran aquí ^[13] están ordenados por coeficiente de partición. La acetamida es hidrófila y el 2,2′,4,4′,5-pentaclorobifenilo es lipófilo.

Véase también

• Efecto hidrofóbico
• Banco de datos de Dortmund

Referencias

1. Sangster J (1997). Coeficientes de partición octanol-agua: fundamentos y química física . Chichester: Wiley. ISBN 0-471-97397-1.OCLC 36430034  .
2. Mackay D (2021). Modelos ambientales multimedia: el enfoque de la fugacidad. J. Mark Parnis (tercera edición). Boca Raton, FL. ISBN 978-1-000-09499-2.OCLC 1182869019  .{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
3. Hodges G, Eadsforth C, Bossuyt B, Bouvy A, Enrici MH, Geurts M, et al. (2019). "Una comparación de los valores de log Kow (coeficiente de partición n-octanol-agua) para surfactantes no iónicos, aniónicos, catiónicos y anfóteros determinados mediante predicciones y métodos experimentales". Ciencias ambientales de Europa . 31 (1). doi : 10.1186/s12302-018-0176-7 .
4. Hendriks AJ, van der Linde A, Cornelissen G, Sijm DT (julio de 2001). "El poder del tamaño. 1. Constantes de velocidad y razones de equilibrio para la acumulación de sustancias orgánicas relacionadas con la relación de partición octanol-agua y el peso de las especies". Toxicología y química ambiental . 20 (7): 1399–420. doi :10.1002/etc.5620200703. PMID  11434281. S2CID  25971836.
5. Lipnick RL (1989). "Narcosis, mecanismos de toxicidad electrófila y proelectrófila: aplicación de SAR y QSAR". Toxicología y química ambiental . 8 (1): 1–2. doi : 10.1002/etc.5620080101 .
6. Hansch C (junio de 2011). "El advenimiento y evolución de QSAR en Pomona College". Journal of Computer-aided Molecular Design . 25 (6): 495–507. Bibcode :2011JCAMD..25..495H. doi :10.1007/s10822-011-9444-y. PMID  21678028. S2CID  1399290.
7. Convenio de Estocolmo sobre contaminantes orgánicos persistentes (COP) (PDF) . Ginebra: Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente. 2018. pp. Anexo D. {{cite book}}: |work=ignorado ( ayuda )
8. Evers AS, Crowder M (2009). "Mecanismos de anestesia y conciencia". En Barash PG, Cullen BF, Stoelting RK, Catalan MK, Stock MC (eds.). Anestesia clínica . Lippincott Williams & Wilkins. pág. 106. ISBN 978-0-7817-8763-5.
9. Dearden JC (septiembre de 1985). "Partición y lipofilicidad en relaciones cuantitativas estructura-actividad". Environmental Health Perspectives . 61 : 203–28. doi :10.1289/ehp.8561203. PMC 1568760 . PMID  3905374. 
10. Kellogg GE, Abraham DJ (julio de 2000). "Hidrofobicidad: ¿LogP(o/w) es más que la suma de sus partes?". European Journal of Medicinal Chemistry . 35 (7–8): 651–61. doi :10.1016/s0223-5234(00)00167-7. PMID  10960181.
11. Gani R, Abildskov J, Kontogeorgis G (30 de junio de 2004). "Aplicación de modelos de propiedades en el diseño de productos químicos". En Kontogeorgis GM, Gani R (eds.). Estimación de propiedades asistida por computadora para el diseño de procesos y productos: ingeniería química asistida por computadora . Elsevier. ISBN 978-0-08-047228-7.
12. Cumming H, Rücker C (septiembre de 2017). "Medición del coeficiente de partición octanol-agua mediante un método simple de RMN 1H". ACS Omega . 2 (9): 6244–6249. doi :10.1021/acsomega.7b01102. PMC 6644330 . PMID  31457869. 
13. "Banco de datos de Dortmund (DDB)". Dortmund Data Bank Software & Separation Technology (DDBST) GmbH . Consultado el 20 de mayo de 2020 .

Lectura adicional

• Goss KU (julio de 2003). "Der Oktanol/Wasser Verteilungskoeffizient - Das Allheilmittel der Umweltchemie?" [El coeficiente de partición octanol/agua: ¿la panacea para la química ambiental?]. Umweltwissenschaften und Schadstoff-Forschung (en alemán). 15 (4): 273–279. doi :10.1065/uwsf2003.01.050. S2CID  102406251.</ref>
• Heuel-Fabianek B. Coeficientes de partición (Kd) para la modelización de procesos de transporte de radionucleidos en aguas subterráneas (PDF) . JÜL-Berichte, Forschungszentrum Jülich, nr. 4375, 2014 (Reporte). ISSN  0944-2952.

Enlaces externos

• Laboratorio Virtual de Química Computacional cálculo interactivo y comparación interactiva de varios métodos
• LogP-Berechnungssoftware de ACD (comercial)
• Directorio de obras de referencia y bases de datos con coeficientes de partición octanol-agua
• Base de datos completa y gratuita de coeficientes de partición octanol-agua evaluados por Sangster Research Laboratories Archivado el 9 de febrero de 2009 en Wayback Machine.