化合物疏水性的量度
XiaO / 2021-07-14
分配系数 (Partition coefficient, P): 在一定温度下,物质的未解离形态在两种互不相溶的溶剂中达到分配平衡时在两相中的活度(常近似为浓度)之比,为一常数。可用于表示该物质对两种溶剂的亲和性的差异。常用的溶剂体系是由水($pH = 7$
) 与一种与水不互溶的有机溶剂组成,如正辛醇-水体系,因为该体系近似于体内脂细胞膜-胞质溶胶体系对有机物的分配,所得的分配系数称为 (正辛)醇-水分配系数。
$$ {\displaystyle \log P_{\text{oct/wat}}=\log \left({\frac {{\big [}{\text{solute}}{\big ]}_{\text{octanol}}^{\text{un-ionized}}}{{\big [}{\text{solute}}{\big ]}_{\text{water}}^{\text{un-ionized}}}}\right)} $$
$\log P$
: 未电离的溶质的分配系数 $P$
以 10 为底的对数。该值是物质亲脂性(疏水性)的量度。该值越大,表明物质对有机相的亲和性越高,疏水性越强。$\log P$
专门用于测量未电离的溶质。
- 若
$\log P = 0$
,表示该化合物在正辛醇中的活度和其在水中的活度一样,$10^{0} = 1$
,化合物具有两亲性; - 若
$\log P = 2$
,表示该化合物在正辛醇中的活度是其在水中的活度的$10^{2} = 100$
倍,化合物是疏水的; - 若
$\log P = -1$
,表示该化合物在正辛醇中的活度是其在水中的活度的$10^{-1} = 0.1$
倍,化合物是亲水的;
Component | $\log P_{\text{oct/wat}}$ |
T (°C) |
---|---|---|
乙酰胺 | −1.16 | 25 |
甲醇 | −0.81 | 19 |
甲酸 | −0.41 | 25 |
乙醚 | 0.83 | 20 |
对二氯苯 | 3.37 | 25 |
六甲基苯 | 4.61 | 25 |
五氯联苯 | 6.41 | 常温 |
分布系数的对数 (Distribution coefficient, $\log D_{pH}$
): 在一定温度下,物质在水相($pH$
不确定) 和一种与水不互溶的有机相中达到分配平衡时在两相中所有形式(电离和未电离)的化合物活度总和的比值。因此,$\log D_{pH}$
随着水相 $pH$
的变化而不同。在叙述化合物的 $\log D$
时,必须附加相应的水相 $pH$
值。 测量分布系数时,需将水相的 $pH$
值缓冲到特定值,使得水相的 $pH$
值不会因化合物的加入受到显著干扰。
$$ {\displaystyle \log D_{\text{oct/wat}}=\log \left({\frac {{\big [}{\text{solute}}{\big ]}_{\text{octanol}}^{\text{ionized}}+{\big [}{\text{solute}}{\big ]}_{\text{octanol}}^{\text{un-ionized}}}{{\big [}{\text{solute}}{\big ]}_{\text{water}}^{\text{ionized}}+{\big [}{\text{solute}}{\big ]}_{\text{water}}^{\text{un-ionized}}}}\right)} $$
系数的测量与估算: 某一化合物的分配(或分布)系数的测定包括分液漏斗法、摇瓶方法、高效液相色谱法、pH-度量法以及电化学方法。该系数亦可通过加和分子中原子和基团常数值的方法运用软件估算,该方法仅依赖于化合物的化学结构。如下是由化合物的其他参数进行估算:
-
如果化合物在正辛醇和水中的溶解度已知,则
$\log P$
可以估算为:${\displaystyle \log P=\log S_{\text{oct}}-\log S_{\text{wat}}.}$
-
如果化合物的
$\log P$
与$\mathrm {p} K_{a}$
已知,则$\log D$
可以估算:- 对于在任何
$pH$
值下不发生电离的化合物,$\log D = \log P$
. - 对于一元酸碱:
${\displaystyle {\begin{aligned}\log D_{\text{acids}}&\cong \log P+\log \left[{\frac {1}{1+10^{\mathrm {p} H-\mathrm {p} K_{a}}}}\right],\\\log D_{\text{bases}}&\cong \log P+\log \left[{\frac {1}{1+10^{\mathrm {p} K_{a}-\mathrm {pH} }}}\right].\end{aligned}}}$
- 当化合物大量电离时(环境
$\mathrm {pH}$
偏离化合物的$\mathrm {p} K_{a}$
至少一个度)时:- 对于酸性化合物,且
${\displaystyle \mathrm {pH} -\mathrm {p} K_{a}>1}$
时,${\displaystyle \log D_{\text{acids}}\cong \log P+\mathrm {p} K_{a}-\mathrm {pH} },$
- 对于碱性化合物,且
${\displaystyle \mathrm {p} K_{a}-\mathrm {pH} >1}$
时,${\displaystyle \log D_{\text{bases}}\cong \log P-\mathrm {p} K_{a}+\mathrm {pH} }.$
- 对于酸性化合物,且
- 对于在任何
盐酸伊立替康(平均分子量 623.139 Da):
- 稍微加热的水中的溶解度为:微溶 (Slightly soluble)
$5\ mM\ (5\ mMol/L) = 3.12 mg/mL$
$\log P$
为 2.36, 3.2,盐酸伊立替康在正辛醇中的溶解度是其在水 ($\mathrm {pH = 7}$
) 中溶解度的 100 倍以上:盐酸伊立替康是疏水的;$1\ mg$
盐酸伊立替康溶于$200\ \mu L$
DMSO 中,加入到$10\ mL$
去离子水中,继续若干操作,所得为微米级颗粒。- 在
$pH = 7.4 $
时,其$\log D_{7.4}$
为 0.72,盐酸伊立替康在正辛醇中的活度是其在$pH = 7.4 $
水相中的 5.2 倍;
盐酸拓扑替康(平均分子量 457.907 Da):
- 水中的溶解度为:溶解 (Soluble)
$100\ mM\ (100\ mMol/L) = 45.79\ mg/mL$
$\log P$
为 -0.023, 0.8,盐酸拓扑替康在正辛醇中的溶解度与其在水 ($\mathrm {pH = 7}$
) 中溶解度基本相当:盐酸拓扑替康具有两亲性;- 在
$pH = 7.4 $
时,其$\log D_{7.4}$
为 -0.91,盐酸拓扑替康在正辛醇中的活度与其在$pH = 7.4 $
水相中相当;
盐酸多柔比星(平均分子量 579.980 Da):
- 水中的溶解度为:基本溶解 (soluble)
$50\ mM\ (50\ mMol/L) = 28.999 mg/mL$
$\log P$
为 -1.387, 0.53, 1.27;- 在
$pH = 7.4 $
时,其$\log D_{7.4}$
为 0.10,盐酸多柔比星在正辛醇中的活度是其在$pH = 7.4 $
水相中的 1.25 倍,基本相等;
包载形成无定型颗粒。