Oktanooli-vee jaotuskoefitsient

Rohelise värvaine jaotumine kahefaasilises süsteemis: üleval on õli, all on vesi. Visuaalsel hinnangul on värvaine kontsentratsioon suurem veefaasis, seega oleks selle aine jaoks ka oktanooli-vee jaotuskoefitsient tõenäoliselt väiksem kui 1 (ehk logP < 0)

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.

Kvantitatiivne mudel

Mitteioniseeruvate ainete puhul kehtib K_ow jaoks järgmine valem: $$K_{\text{ow}}=\frac{[\text{lahustunud aine}{]}_{\text{oktanoolis}}^{\text{neutraalne}}}{[\text{lahustunud aine}{]}_{\text{vees}}^{\text{neutraalne}}},$$ 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.

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). Esimene neist arvestab ainult ioniseeritud vormi jaotumisega faaside vahel: $$K_{\text{ow}}^I=\frac{[\text{lahustunud aine}{]}_{\text{oktanoolis}}^{\text{ioon}}}{[\text{lahustunud aine}{]}_{\text{vees}}^{\text{ioon}}}\text{,}$$ 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: $$D_{\text{ow}}=\frac{[\text{lahustunud aine}{]}_{\text{oktanoolis}}^{\text{ioon}}+[\text{lahustunud aine}{]}_{\text{oktanoolis}}^{\text{neutraalne}}}{[\text{lahustunud aine}{]}_{\text{vees}}^{\text{ioon}}+[\text{lahustunud aine}{]}_{\text{vees}}^{\text{neutraalne}}}$$

Korrelatsioon, mis illustreerib logP kui aine struktuuri iseloomustava parameetri seost aine jaotumisega elusorganismis. Graafiku x-teljel on logP, y-teljel on roti aju kapillaaride läbitavust iseloomustav näitaja ning tumedate rombidena on näidatud erinevad keemilised ained, sh vesi (Wasser), D-glükoos (D-Glucose), östradiool (Estradiol) ja mitmed ravimid ning bioloogilliselt aktiivsed ained. Korrelatsioon on positiivne, ehk mida suurem on aine logP, seda keskmiselt paremini läbib aine ka aju kapillaaride seinu. Samas esineb mitmete ainete puhul ka kõrvalekaldeid sirgest

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.

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.

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.

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). Samuti kasutatakse logP väärtust, hindamaks püsivate ainete ladestumist organismide rasvkutte. Lisaks leiab logP väärtus rakendust aine omaduste hindamiseks mitmefaasilistes süsteemides, näiteks kõrgsurve-vedelikkromatograafia või tahkefaas-ekstraktsiooni korral.