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Coeficiente de reparto

El coeficiente de reparto (K) de una sustancia, también llamado coeficiente de partición (P), es el cociente o razón entre las concentraciones de esa sustancia en las dos fases de la mezcla formada por dos disolventes inmiscibles en equilibrio. Por tanto, ese coeficiente mide la solubilidad diferencial de una sustancia en esos dos disolventes.

Donde [sustancia]1 es la concentración de la sustancia en el primer disolvente y, análogamente [sustancia]2 es la concentración de la misma sustancia en el otro disolvente.

Es un término muy usado en Bioquímica, Geoquímica, Química orgánica y en Química farmacéutica. En esas dos últimas ciencias los disolventes más usados son el agua y un disolvente hidrófobo como el octanol (octan-1-ol, o n-octanol). En este caso recibe el nombre de coeficiente de reparto octanol-agua (Kow o Pow). El coeficiente de reparto indica el carácter hidrófilo o hidrófobo de una sustancia, es decir su mayor o menor tendencia a disolverse en disolventes polares (como el agua) o en disolventes apolares (como los disolventes orgánicos). Los coeficientes de partición o reparto son usados, por ejemplo, para estimar la distribución de fármacos en el cuerpo. Los fármacos con elevados coeficientes de partición son hidrófobos y se distribuyen preferentemente en entornos hidrófobos como las bicapas lipídicas de las células, mientras que los fármacos con coeficientes de reparto bajos son hidrófilos y se encuentran preferentemente en los entornos hidrófilos como el suero sanguíneo.

Definición legal

Según el Real Decreto 363/1995, de 10 de marzo, por el que se aprueba el reglamento sobre notificación de sustancias nuevas y clasificación, envasado y etiquetado de sustancias peligrosas,[1]​ en su Anexo V, parte A, apartado A-7:

1.2. DEFINICIONES Y UNIDADES

El coeficiente de reparto (P) se define como la relación de las concentraciones en equilibrio (ci) de una sustancia disuelta en un sistema bifásico consistente en dos disolventes considerablemente inmiscibles. En el caso del n-octanol y del agua:

Pow = (C n-octanol / C agua )

El coeficiente de reparto (P) es, pues, el cociente de dos concentraciones: se indica generalmente en forma de su logaritmo decimal (log P).

Coeficiente de reparto y log P

El coeficiente de reparto de una sustancia es un cociente o proporción entre las concentraciones de un compuesto no-ionizado entre los dos disolventes. Para medir el coeficiente de reparto de solutos ionizables, el pH de la fase acuosa se ajusta de tal modo que la forma predominante del compuesto esté en la forma no-ionizada. El logaritmo del cociente entre las concentraciones del soluto no-ionizado en los disolventes se llama log P y se presenta en forma logarítmica porque el rango de valores que puede tomar es muy amplio:

  •  


Se puede consultar un conjunto de datos de coeficientes de reparto octanol-agua, para ver su variabilidad.

Coeficiente de distribución y log D

El coeficiente de distribución es el cociente o razón de la suma de las concentraciones de todas las formas del compuesto (ionizadas y no-ionizadas) en cada una de las dos fases. Para medidas del coeficiente de distribución, el pH de la fase acuosa está tamponado para un valor específico tal que el pH no se disturbe de modo significativo por la introducción del compuesto. El logaritmo del cociente entre la suma de las concentraciones de todas las formas del compuesto (ionizadas y no-ionizadas) en un disolvente, y la suma de las concentraciones de todas sus formas en el otro disolvente se llama Log D y se presenta en forma logarítmica porque el rango de valores que puede tomar es muy amplio:

  •  

Además, log D es pH dependiente, por tanto, se debe especificar a qué pH se ha medido log D. De particular interés es el cálculo de log D para pH = 7.4 (el pH fisiológico del suero sanguíneo. Para un compuesto no ionizable, log P = log D para cualquier pH.

Métodos de medida del coeficiente de reparto, logP

Existen dos procedimientos distintos, si bien antes de llevar a cabo estos procedimientos experimentales se ha de tener una estimación previa del coeficiente de reparto, que se calcula como cociente entre las solubilidades por separado de la sustancia en n-octanol y en agua :

 

  • El método del frasco de agitación , para valores de logP comprendidos entre -2 y 4. Es aplicable solo a sustancias puras solubles en agua y n-octanol. No se puede aplicar a productos tensoactivos. En este caso se da su valor calculado o una estimación ).
  • La cromatografía líquida de alta resolución (CLAR), para valores de logP comprendidos entre 0 y 6. Es menos sensible a la presencia de impurezas. Las impurezas dificultan, a veces, la interpretación de los resultados.

Aplicaciones

Farmacología

Farmacocinética

En el contexto de la farmacocinética (lo que le ocurre a un fármaco en el cuerpo), el coeficiente de distribución tiene una gran influencia sobre las propiedades ADME (Absorción, Distribución, Metabolismo, y Excreción) del fármaco. Por consiguiente, el carácter hidrófobo de un compuesto (medido por su coeficiente de distribución ) es un determinante principal de cómo es su potencial uso como fármaco. Más específicamente, para que un fármaco se absorba por vía oral, normalmente debe pasar primero a través de una capa lipídica en el epitelio intestinal (un proceso llamado transporte transcelular). Para un transporte eficiente, el fármaco debe ser suficientemente hidrófobo para que entre en la capa lipídica, pero no tan hidrófobo como para que, una vez en la bicapa, no se difunda de nuevo fuera de la bicapa.[2]​ Asimismo, el carácter hidrófobo juega un papel importante en la determinación del lugar donde se distribuyen los fármacos en el cuerpo después de la adsorción y, como consecuencia, de la velocidad a la que serán metabolizados y excretados.

Farmacodinámica

En el contexto de la farmacodinámica (lo que un fármaco hace al cuerpo), el efecto hidrofóbico es la mayor fuerza conductora para la unión de los fármacos a sus receptores diana.[3][4]​ Por otra parte, los fármacos hidrófobos tienden a ser más tóxicos porque, en general, son retenidos durante un tiempo más largo, tienen una distribución más amplia dentro del cuerpo (por ejemplo, intracelular), son algo menos selectivos en su unión con las proteínas, y finalmente son a menudo ampliamente metabolizados. En algunos casos,los metabolitos pueden ser químicamente reactivos. Asimismo se aconseja que el fármaco sea tan hidrófilo como sea posible mientras retenga la suficiente afinidad de enlace a las proteínas terapéuticas diana. [5]​ Por tanto, el coeficiente de distribución ideal para un fármaco es habitualmente intermedio (ni demasiado hidrofóbico ni demasiado hidrofílico).

Productos de consumo

Otras muchas industrias tienen en cuenta los coeficientes de distribución, por ejemplo, en la formulación de maquillajes, cremas tópicas, tintes, colorantes para el pelo y muchos otros productos de consumo.

Productos agroquímicos

Los insecticidas y herbicidas hidrofóbicos tienden a ser más activos. Por otra parte, los productos agroquímicos hidrofóbicos tienen vidas medias más largas y por tanto muestran un riesgo aumentado de impacto negativo sobre el medio ambiente.

Metalurgia

En metalurgia, el coeficiente de reparto es un factor importante en la determinación del modo en que las impurezas se distribuyen entre el metal fundido y el metal solidificado. Es un parámetro crítico para el método de purificación de sustancias de fusión por zonas, y determina el grado de efectividad con que puede eliminarse una impureza mediante la solidificación direccional, descrita por la ecuación de Scheil.

Medio ambiente

El carácter hidrófobo de un compuesto puede dar a los científicos una indicación de la facilidad con la que un compuesto podría ser arrastrado hasta las aguas subterráneas y contaminar las vías fluviales.[6]​ Los coeficientes de distribución pueden medirse o ser predichos para compuestos que actualmente causan problemas o con la previsión de evaluar las modificaciones estructurales necesarias para hacer un compuesto más en la fase de investigación.

En el campo de la hidrogeología, el coeficiente de reparto octanol-agua, o Kow, se usa para predecir y modelar la migración de los compuestos orgánicos hidrofóbicos en el suelo y las aguas subterráneas.

Medida del coeficiente de reparto

Método del frasco (o tubo) de agitación

 
Sistema de dos fases, hidrofóbica (arriba) e hidrofílica (debajo) para medir el coeficiente de partición de los compuestos.

El método clásico y más fiable de determinación de log P es el método del frasco de agitación, que consiste en la disolución de algo del soluto en cuestión en un volumen de octanol y agua, y la posterior medida de la concentración del soluto en cada disolvente. El método más común para medir la distribución del soluto es por espectroscopia UV/VIS. Existen algunos pros y contras en este método:

Pros:

  • Es el método más preciso.
  • Preciso para el rango más amplio de solutos (aplicable a compuestos neutros y cargados)
  • La estructura química no tiene que ser conocida de antemano.

Contras:

  • Consumo de tiempo (>30 minutos por muestra)
  • El octanol y el agua deben ser previamente mezclados y equilibrados (se tarda al menos 24 horas en equilibrar)
  • Se debe alcanzar una solubilidad completa, y puede ser difícil detectar pequeñas cantidades de material sin disolver.
  • La respuesta concentración vs. respuesta UV-Vis debe ser lineal en todo el rango de concentración del soluto. (Véase la ley de Lambert-Beer).
  • Si el compuesto es extremadamente lipofílico o hidrofílico, la concentración en una de las fases será extremadamente pequeña, y por tanto difícil de cuantificar.
  • En relación con los métodos cromatográficos, se requieren grandes cantidades de material.

Como alternativa a la espectroscopia UV/VIS se pueden usar otros métodos para medir la distribución, uno de los mejores consiste en el uso de un trazador radioactivo libre de arrastre. En este método (que resulta muy adecuado para el estudio de la extracción de metales), una cantidad conocida de material radiactivo se añade a una de las fases. Luego se ponen las dos fases en contacto y se mezclan hasta que se alcance el equilibrio. Luego se separan las dos fases y se mide la radiactividad de las dos fases. Usando un detector dispersivo de energía (como un detector de germanio de alta pureza) se permite el uso de varios metales radioactivos diferentes de una vez, mientras que los detectores gamma más sencillos solo permiten que se use un elemento radiactivo en la muestra.

Si los volúmenes de ambas fases coinciden, entonces los cálculos son muy fáciles.

Para un soluto hipotético (S)

  y también  

En tal experimento, usando un radioisótopo libre de arrastre, la carga de disolvente es muy pequeña, por consiguiente los resultados son diferentes de los que se obtendrían cuando la concentración de soluto es muy alta. Una desventaja del experimento del radioisótopo libre de arrastre es que el soluto puede absorberse sobre las superficies del instrumental de vidrio (o plástico) o en la superficie de separación entre las dos fases. Para evitar esto,debemos calcular el balance de masas.

Debe cumplirse que

Radiactividad de la fase orgánica + Radiactividad de la fase acuosa = Radiactividad inicial de la fase que contiene el radiotrazador.

Para metales no radiactivos, en algunos casos es posible usar ICP-MS o ICP-AES. Desgraciadamente los métodos ICP sufren frecuentes interferencias por lo que no se aplica la espectroscopia gamma y, por consiguiente, el uso de radiotrazadores (contados por espectroscopia de rayos gamma) es, con frecuencia, más sencillo.

Determinación por Cromatografía líquida de alta resolución (Método CLAR)

Un método más rápido para determinar log P emplea la Cromatografía líquida de alta resolución (Método CLAR). El log P de un soluto se puede determinar por correlación de su tiempo de retención con compuestos similares de log P conocido.[7]

Pros:

  • Es un método rápido de determinación (5-20 minutos por muestra)

Contras:

  • La estructura química del soluto debe ser conocida de antemano.
  • Ya que el valor de log P se determina por regresión lineal, varios compuestos con estructuras similares deben tenar valores de log P conocidos.
  • Diferentes familias de compuestos químicos tendrán diferentes coeficientes de correlación; las comparaciones entre distintas familias no son significativas.

Métodos electroquímicos

En el pasado reciente, se han realizado algunos experimentos utilizando interfaces líquidas polarizadas para examinar la termodinámica y la cinética de la transferencia de especies químicas cargadas de una fase a otra. Existen dos métodos principales:

  • ITIES, (en inglés, Interfaces between two immiscible electrolyte solutions), interfaces entre dos disoluciones de electrolitos inmiscibles[8]​ which for example has been used at Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne. [1]
  • Experimentos de reacciones electroquímicas en gotitas que han sido desarrollados por Alan Bond, Frank Marken y también por el equipo de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne. En este caso una reacción en una interfaz triple entre un sólido conductor, gotitas de una fase líquida activa redox y una solución de electrólito se ha empleado para determinar la energía requerida para transferir especies cargadas a través de la interfaz.[9]

Predicción de valores de logP

Los algoritmos del modelo de relación cuantitativa estructura-propiedades (QSPR,por sus sigls en inglés, Quantitative Structure-Property Relationship) calculan log P de varias maneras diferentes:

  • Predicción basada en estructuras atómicas (contribución atómica; AlogP, MlogP, etc.)
El método más simple para predecir logP consiste en parametrizar las contribuciones de varios átomos al coeficiente de partición molecular global.

usando ajuste por mínimos cuadrados limitado a un conjunto de compuestos de entrenamiento con coeficientes de partición medidos experimentalmente.[10][11][12]​ Para obtener correlaciones razonables, los elementos químicos más frecuentes contenidos en las moléculas de fármaco (hidrógeno, carbono, oxígeno, azufre, nitrógeno, y halógenos) se dividen en varios tipos de átomos diferentes dependiendo del entorno del átomo dentro de la molécula. Mientras este método es generalmente el menos preciso, la ventaja es que es el más general, siendo capaz de suministrar al menos una estimación aproximada para un amplio conjunto de moléculas.

  • Predicción basada en el fragmento (contribución del grupo ; ClogP, etc.)
Se ha demostrado que el valor de log P de un compuesto se puede determinar por la suma de sus fragmentos moleculares que no se solapan (definidos como uno o más átomos enlazados covalentemente a otros dentro de la molécula). Los valores de log P fragmentarios han sido determinados por un método estadístico análogo a los métodos atómicos (ajuste pormínimos cuadrados de un conjunto de entrenamientol). Además, se incluyen correcciones tipo Hammett para tener en cuenta los efectos electrónico y estérico. Este método da en general mejores resultados que los basados en los átomos, pero no puede usarse para predecir coeficientes de reparto de moléculas que contienen grupos funcionales inusuales porque el método no ha sido todavía bien parametrizado (lo más probable es que sea debido a la falta de datos experimentales para moléculas que contienen tales grupos funcionales).[13][14]
  • Predicción basada en minería de datos
Una predicción típica basada en minería de datos utiliza máquinas de vectores de soporte,[15]árboles de decisión, or redes neuronales.[16]​ Este método consigue habitualmente un éxito notable al calcular los valores de log P cuando se emplea con compuestos que tienen estructuras químicas similares y valores de log P conocidos.
  • Predicción basada en minería de moléculas
Las aproximaciones de minería de moléculas aplican una predicción basada en matrices de similitud o de adyacencia o un esquema de fragmentación automática en subestructuras moleculares. Adicionalmente también existen aproximaciones que emplean búsquedas del subgrafo común máximo o del kernel de moléculas.
  • Estimación de log D (para un pH dado) a partir de log P y pKa:[17]
    • Expresiones exactas:
     
     
    • Aproximaciones para compuestos ampliamente ionizados:
     
     
    • Aproximaciones para compuestos ampliamente no-ionizados:
     
  • Predicción de pKa
    Para la predicción de pKa que a su vez puede usarse para estimar log D, se han aplicado frecuentemente las ecuaciones tipo Hammett.[18]​ Ver[19]​ para la revisión más reciente de los métodos más modernos.

Limitaciones

El logaritmo del coeficiente de reparto, Log P, no es un determinante preciso del carácter lipofílico de compuestos ionizables porque solo describe correctamente los coeficientes de reparto de moléculas neutras (no cargadas). Tomando el ejemplo del descubrimiento de fármacos vemos como las limitaciones de log P pueden afectar a la investigación. Ya que la mayoría de los fármacos, (aproximadamente el 80%) son ionizables, log P no es un predictor apropiado del comportamiento de un compuesto en los entornos de pH cambiantes del cuerpo. El coeficiente de distribución (Log D) es el descriptor correcto para sistemas ionizables.

Alternativamente, se puede usar un coeficiente de reparto aparente que se define como sigue:  .

Claramente, si el fármaco está 100% sin ionizar entonces  .

Véase también

Referencias

  1. Real Decreto 363/1995, de 10 de Marzo, por el que se aprueba el reglamento sobre notificación de sustancias nuevas y clasificación, envasado y etiquetado de sustancias peligrosas. el 4 de febrero de 2012 en Wayback Machine. (BOE número 133 de 5/6/1995)
  2. Kubinyi H (1979). «Nonlinear dependence of biological activity on hydrophobic character: the bilinear model». Farmaco [Sci] 34 (3): 248-276. PMID 43264. 
  3. Eisenberg D, McLachlan AD (1986). «Solvation energy in protein folding and binding». Nature 319 (6050): 199-203. PMID 3945310. doi:10.1038/319199a0. 
  4. Miyamoto S, Kollman PA (1993). «What determines the strength of noncovalent association of ligands to proteins in aqueous solution?». Proc Natl Acad Sci USA 90 (18): 8402-8406. PMID 8378312. doi:10.1073/pnas.90.18.8402. 
  5. Pliska, Vladimir; Testa B, Van De Waterbeemd H (1996). Lipophilicity in Drug Action and Toxicology. Nueva York: John Wiley & Sons Ltd. pp. 439 páginas. ISBN 978-3527293834. 
  6. Cronin D, Mark T (2006). «The Role of Hydrophobicity in Toxicity Prediction». Current Computer - Aided Drug Design 2 (4): 405-413. doi:10.2174/157340906778992346. 
  7. Valkó K (2004). «Application of high-performance liquid chromatography based measurements of lipophilicity to model biological distribution». Journal of chromatography. A 1037 (1-2): 299-310. PMID 15214672. doi:10.1016/j.chroma.2003.10.084. 
  8. Ulmeanu SM, Jensen H, Bouchard G, Carrupt PA, Girault HH (2003). «Water-oil partition profiling of ionized drug molecules using cyclic voltammetry and a 96-well microfilter plate system». Pharm. Res. 20 (8): 1317-1322. PMID 12948031. doi:10.1023/A:1025025804196. 
  9. Bond AM, Marken F (1994). «Mechanistic aspects of the electron and ion transport processes across the electrode». Journal of Electroanalytical Chemistry 372 (1-2): 125-135. doi:10.1016/0022-0728(93)03257-P.  Texto «solvent (electrolyte) interface of microcrystalline decamethylferrocene attached mechanically to a graphite electrode » ignorado (ayuda); Texto «solid» ignorado (ayuda)
  10. Ghose AK, Crippen GM (1986). «Atomic Physicochemical Parameters for Three-Dimensional Structure-Directed Quantitative Structure-Activity Relationships I. Partition Coefficients as a Measure of Hydrophobicity». Journal of Computational Chemistry 7 (4): 565-577. doi:10.1002/jcc.540070419. 
  11. Ghose AK, Viswanadhan VN, Wendoloski, JJ (1998). «Prediction of Hydrophobic (Lipophilic) Properties of Small Organic Molecules Using Fragmental Methods: An Analysis of AlogP and ClogP Methods». Journal of Physical Chemistry A 102 (21): 3762-3772. doi:10.1021/jp980230o. 
  12. Moriguchi I, Hirono S, Liu Q, Nakagome I, Matsushita Y (1992). «Simple method of calculating octanol/water partition coefficient». Chem Pharm Bull 40 (1): 127-130. 
  13. Hansch, Corwin; Leo A (1979). Substituent Constants for Correlation Analysis in Chemistry and Biology. Nueva York: John Wiley & Sons Ltd. pp. 178 páginas. ISBN 978-0471050629. 
  14. Leo, Albert; Hoekman DH; Hansch C (1995). Exploring QSAR, Hydrophobic, Electronic, and Steric Constants. Washington, DC: American Chemical Society. ISBN 978-0841230606. 
  15. Liao Q, Yao J, Yuan S (2006). «SVM approach for predicting LogP». Mol. Divers. 10 (3): 301-309. PMID 17031534. doi:10.1007/s11030-006-9036-2. 
  16. Molnár L, Keseru GM, Papp A, Gulyás Z, Darvas F (2004). «A neural network based prediction of octanol-water partition coefficients using atomic5 fragmental descriptors». Bioorg. Med. Chem. Lett. 14 (4): 851-853. PMID 15012980. doi:10.1016/j.bmcl.2003.12.024. 
  17. Scherrer RA, Howard SM (1977). «Use of distribution coefficients in quantitative structure-activity relationships». J Med Chem 20 (1): 53-58. PMID 13215. doi:10.1021/jm00211a010. 
  18. Perrin, DD; Dempsey B; Serjeant EP (1981). pKa Prediction for Organic Acids and Bases. Londres: Chapman & Hall. ISBN 041222190X. 
  19. Fraczkiewicz, R (2007). «In Silico Prediction of Ionization». En Testa B and van de Waterbeemd H, eds., ed. Comprehensive Medicinal Chemistry II. vol. 5. Amsterdam, The Netherlands: Elsevier. 

Enlaces externos

Tabla de coeficientes de reparto https://docs.google.com/spreadsheet/ccc?key=0AifW8oa-oE0zdDVzRVRjQ1BqeDVWWXVFVWVMRm5uQ1E&usp=sharing

Calculadoras de LogP

Hay muchas calculadoras o predictores del coeficiente de reparto o partición, logP, disponibles tanto comercialmente como de acceso libre.

  • ACD/LogP DB Una aplicación comercial que calcula los valores de LogP e incluye la base de datos más extensa y comercialmente disponible de valores experimentales de logP con cálculo de los parámetros de la regla de 5.
  • ACD/LogP Freeware Descargar la calculadora de logP, de acceso libre.
  • Simulations Plus - Una aplicación para el cálculo de alta precisión de logP[1]
  • ALOGPS Cálculos en línea de acceso libre y comparación de logP entre diez métodos.
  • Explorador de propiedades moleculares
  • usando los plugins Marvin y Calculator de ChemAxon (requiere Java).
  • miLogP Cálculos de acceso libre para logP y la Regla de cinco por Molinspiration
  • Una visión general de recursos en línea en la Web para cálculos de logP y otras propiedades físicas.
  • PreADMET Programa de predicción basado en la Web para logP/logS y ADME/Tox.
  • XLOGP3 Una calculadora de logP siguiendo un modelo aditivo con conocimiento. Acceso libre para universitarios.
  •   Datos: Q898797
  1. Tetko, IV; Poda GI (2007). «Property-based logP prediction». En Mannhold R, ed. Molecular Drug Properties: Measurement and Prediction. Weinheim, Germany: Wiley-VCH. 

coeficiente, reparto, coeficiente, reparto, sustancia, también, llamado, coeficiente, partición, cociente, razón, entre, concentraciones, sustancia, fases, mezcla, formada, disolventes, inmiscibles, equilibrio, tanto, coeficiente, mide, solubilidad, diferencia. El coeficiente de reparto K de una sustancia tambien llamado coeficiente de particion P es el cociente o razon entre las concentraciones de esa sustancia en las dos fases de la mezcla formada por dos disolventes inmiscibles en equilibrio Por tanto ese coeficiente mide la solubilidad diferencial de una sustancia en esos dos disolventes K s u s t a n c i a 1 s u s t a n c i a 2 displaystyle K frac sustancia 1 sustancia 2 quad quad Donde sustancia 1 es la concentracion de la sustancia en el primer disolvente y analogamente sustancia 2 es la concentracion de la misma sustancia en el otro disolvente Es un termino muy usado en Bioquimica Geoquimica Quimica organica y en Quimica farmaceutica En esas dos ultimas ciencias los disolventes mas usados son el agua y un disolvente hidrofobo como el octanol octan 1 ol o n octanol En este caso recibe el nombre de coeficiente de reparto octanol agua Kow o Pow El coeficiente de reparto indica el caracter hidrofilo o hidrofobo de una sustancia es decir su mayor o menor tendencia a disolverse en disolventes polares como el agua o en disolventes apolares como los disolventes organicos Los coeficientes de particion o reparto son usados por ejemplo para estimar la distribucion de farmacos en el cuerpo Los farmacos con elevados coeficientes de particion son hidrofobos y se distribuyen preferentemente en entornos hidrofobos como las bicapas lipidicas de las celulas mientras que los farmacos con coeficientes de reparto bajos son hidrofilos y se encuentran preferentemente en los entornos hidrofilos como el suero sanguineo Indice 1 Definicion legal 2 Coeficiente de reparto y log P 3 Coeficiente de distribucion y log D 4 Metodos de medida del coeficiente de reparto logP 5 Aplicaciones 5 1 Farmacologia 5 1 1 Farmacocinetica 5 1 2 Farmacodinamica 5 2 Productos de consumo 5 3 Productos agroquimicos 5 4 Metalurgia 5 5 Medio ambiente 6 Medida del coeficiente de reparto 6 1 Metodo del frasco o tubo de agitacion 6 2 Determinacion por Cromatografia liquida de alta resolucion Metodo CLAR 6 3 Metodos electroquimicos 7 Prediccion de valores de logP 8 Limitaciones 9 Vease tambien 10 Referencias 11 Enlaces externos 11 1 Calculadoras de LogPDefinicion legal EditarSegun el Real Decreto 363 1995 de 10 de marzo por el que se aprueba el reglamento sobre notificacion de sustancias nuevas y clasificacion envasado y etiquetado de sustancias peligrosas 1 en su Anexo V parte A apartado A 7 1 2 DEFINICIONES Y UNIDADESEl coeficiente de reparto P se define como la relacion de las concentraciones en equilibrio ci de una sustancia disuelta en un sistema bifasico consistente en dos disolventes considerablemente inmiscibles En el caso del n octanol y del agua Pow C n octanol C agua dd dd El coeficiente de reparto P es pues el cociente de dos concentraciones se indica generalmente en forma de su logaritmo decimal log P Coeficiente de reparto y log P EditarEl coeficiente de reparto de una sustancia es un cociente o proporcion entre las concentraciones de un compuesto no ionizado entre los dos disolventes Para medir el coeficiente de reparto de solutos ionizables el pH de la fase acuosa se ajusta de tal modo que la forma predominante del compuesto este en la forma no ionizada El logaritmo del cociente entre las concentraciones del soluto no ionizado en los disolventes se llama log P y se presenta en forma logaritmica porque el rango de valores que puede tomar es muy amplio log P o c t a n o l a g u a log s o l u t o o c t a n o l s o l u t o a g u a n o i o n i z a d o displaystyle log P octanol agua log Bigg frac big soluto big octanol big soluto big agua no ionizado Bigg Se puede consultar un conjunto de datos de coeficientes de reparto octanol agua para ver su variabilidad Coeficiente de distribucion y log D EditarEl coeficiente de distribucion es el cociente o razon de la suma de las concentraciones de todas las formas del compuesto ionizadas y no ionizadas en cada una de las dos fases Para medidas del coeficiente de distribucion el pH de la fase acuosa esta tamponado para un valor especifico tal que el pH no se disturbe de modo significativo por la introduccion del compuesto El logaritmo del cociente entre la suma de las concentraciones de todas las formas del compuesto ionizadas y no ionizadas en un disolvente y la suma de las concentraciones de todas sus formas en el otro disolvente se llama Log D y se presenta en forma logaritmica porque el rango de valores que puede tomar es muy amplio log D o c t a n o l a g u a log s o l u t o o c t a n o l s o l u t o a g u a i o n i z a d o s o l u t o a g u a n e u t r o displaystyle log D octanol agua log Bigg frac big soluto big octanol big soluto big agua ionizado big soluto big agua neutro Bigg Ademas log D es pH dependiente por tanto se debe especificar a que pH se ha medido log D De particular interes es el calculo de log D para pH 7 4 el pH fisiologico del suero sanguineo Para un compuesto no ionizable log P log D para cualquier pH Metodos de medida del coeficiente de reparto logP EditarExisten dos procedimientos distintos si bien antes de llevar a cabo estos procedimientos experimentales se ha de tener una estimacion previa del coeficiente de reparto que se calcula como cociente entre las solubilidades por separado de la sustancia en n octanol y en agua P e s t i m a d o s o l u t o n o c t a n o l d e s a t u r a c i o n s o l u t o a g u a d e s a t u r a c i o n displaystyle P estimado frac big soluto big n octanol quad de saturaci acute o n big soluto big agua quad de saturaci acute o n El metodo del frasco de agitacion para valores de logP comprendidos entre 2 y 4 Es aplicable solo a sustancias puras solubles en agua y n octanol No se puede aplicar a productos tensoactivos En este caso se da su valor calculado o una estimacion La cromatografia liquida de alta resolucion CLAR para valores de logP comprendidos entre 0 y 6 Es menos sensible a la presencia de impurezas Las impurezas dificultan a veces la interpretacion de los resultados Aplicaciones EditarFarmacologia Editar Farmacocinetica Editar En el contexto de la farmacocinetica lo que le ocurre a un farmaco en el cuerpo el coeficiente de distribucion tiene una gran influencia sobre las propiedades ADME Absorcion Distribucion Metabolismo y Excrecion del farmaco Por consiguiente el caracter hidrofobo de un compuesto medido por su coeficiente de distribucion es un determinante principal de como es su potencial uso como farmaco Mas especificamente para que un farmaco se absorba por via oral normalmente debe pasar primero a traves de una capa lipidica en el epitelio intestinal un proceso llamado transporte transcelular Para un transporte eficiente el farmaco debe ser suficientemente hidrofobo para que entre en la capa lipidica pero no tan hidrofobo como para que una vez en la bicapa no se difunda de nuevo fuera de la bicapa 2 Asimismo el caracter hidrofobo juega un papel importante en la determinacion del lugar donde se distribuyen los farmacos en el cuerpo despues de la adsorcion y como consecuencia de la velocidad a la que seran metabolizados y excretados Farmacodinamica Editar En el contexto de la farmacodinamica lo que un farmaco hace al cuerpo el efecto hidrofobico es la mayor fuerza conductora para la union de los farmacos a sus receptores diana 3 4 Por otra parte los farmacos hidrofobos tienden a ser mas toxicos porque en general son retenidos durante un tiempo mas largo tienen una distribucion mas amplia dentro del cuerpo por ejemplo intracelular son algo menos selectivos en su union con las proteinas y finalmente son a menudo ampliamente metabolizados En algunos casos los metabolitos pueden ser quimicamente reactivos Asimismo se aconseja que el farmaco sea tan hidrofilo como sea posible mientras retenga la suficiente afinidad de enlace a las proteinas terapeuticas diana 5 Por tanto el coeficiente de distribucion ideal para un farmaco es habitualmente intermedio ni demasiado hidrofobico ni demasiado hidrofilico Productos de consumo Editar Otras muchas industrias tienen en cuenta los coeficientes de distribucion por ejemplo en la formulacion de maquillajes cremas topicas tintes colorantes para el pelo y muchos otros productos de consumo Productos agroquimicos Editar Los insecticidas y herbicidas hidrofobicos tienden a ser mas activos Por otra parte los productos agroquimicos hidrofobicos tienen vidas medias mas largas y por tanto muestran un riesgo aumentado de impacto negativo sobre el medio ambiente Metalurgia Editar En metalurgia el coeficiente de reparto es un factor importante en la determinacion del modo en que las impurezas se distribuyen entre el metal fundido y el metal solidificado Es un parametro critico para el metodo de purificacion de sustancias de fusion por zonas y determina el grado de efectividad con que puede eliminarse una impureza mediante la solidificacion direccional descrita por la ecuacion de Scheil Medio ambiente Editar El caracter hidrofobo de un compuesto puede dar a los cientificos una indicacion de la facilidad con la que un compuesto podria ser arrastrado hasta las aguas subterraneas y contaminar las vias fluviales 6 Los coeficientes de distribucion pueden medirse o ser predichos para compuestos que actualmente causan problemas o con la prevision de evaluar las modificaciones estructurales necesarias para hacer un compuesto mas en la fase de investigacion En el campo de la hidrogeologia el coeficiente de reparto octanol agua o Kow se usa para predecir y modelar la migracion de los compuestos organicos hidrofobicos en el suelo y las aguas subterraneas Medida del coeficiente de reparto EditarMetodo del frasco o tubo de agitacion Editar Sistema de dos fases hidrofobica arriba e hidrofilica debajo para medir el coeficiente de particion de los compuestos El metodo clasico y mas fiable de determinacion de log P es el metodo del frasco de agitacion que consiste en la disolucion de algo del soluto en cuestion en un volumen de octanol y agua y la posterior medida de la concentracion del soluto en cada disolvente El metodo mas comun para medir la distribucion del soluto es por espectroscopia UV VIS Existen algunos pros y contras en este metodo Pros Es el metodo mas preciso Preciso para el rango mas amplio de solutos aplicable a compuestos neutros y cargados La estructura quimica no tiene que ser conocida de antemano Contras Consumo de tiempo gt 30 minutos por muestra El octanol y el agua deben ser previamente mezclados y equilibrados se tarda al menos 24 horas en equilibrar Se debe alcanzar una solubilidad completa y puede ser dificil detectar pequenas cantidades de material sin disolver La respuesta concentracion vs respuesta UV Vis debe ser lineal en todo el rango de concentracion del soluto Vease la ley de Lambert Beer Si el compuesto es extremadamente lipofilico o hidrofilico la concentracion en una de las fases sera extremadamente pequena y por tanto dificil de cuantificar En relacion con los metodos cromatograficos se requieren grandes cantidades de material Como alternativa a la espectroscopia UV VIS se pueden usar otros metodos para medir la distribucion uno de los mejores consiste en el uso de un trazador radioactivo libre de arrastre En este metodo que resulta muy adecuado para el estudio de la extraccion de metales una cantidad conocida de material radiactivo se anade a una de las fases Luego se ponen las dos fases en contacto y se mezclan hasta que se alcance el equilibrio Luego se separan las dos fases y se mide la radiactividad de las dos fases Usando un detector dispersivo de energia como un detector de germanio de alta pureza se permite el uso de varios metales radioactivos diferentes de una vez mientras que los detectores gamma mas sencillos solo permiten que se use un elemento radiactivo en la muestra Si los volumenes de ambas fases coinciden entonces los calculos son muy faciles Para un soluto hipotetico S D o P R a d i a c t i v i d a d d e l a f a s e o r g a n i c a R a d i a c t i v i d a d d e l a f a s e a c u o s a displaystyle mathbf D quad acute o quad mathbf P frac Radiactividad de la fase org acute a nica Radiactividad de la fase acuosa y tambien D o P S o r g a n i c a S a c u o s a displaystyle quad quad mathbf D quad acute o quad mathbf P frac S org acute a nica S acuosa En tal experimento usando un radioisotopo libre de arrastre la carga de disolvente es muy pequena por consiguiente los resultados son diferentes de los que se obtendrian cuando la concentracion de soluto es muy alta Una desventaja del experimento del radioisotopo libre de arrastre es que el soluto puede absorberse sobre las superficies del instrumental de vidrio o plastico o en la superficie de separacion entre las dos fases Para evitar esto debemos calcular el balance de masas Debe cumplirse queRadiactividad de la fase organica Radiactividad de la fase acuosa Radiactividad inicial de la fase que contiene el radiotrazador Para metales no radiactivos en algunos casos es posible usar ICP MS o ICP AES Desgraciadamente los metodos ICP sufren frecuentes interferencias por lo que no se aplica la espectroscopia gamma y por consiguiente el uso de radiotrazadores contados por espectroscopia de rayos gamma es con frecuencia mas sencillo Determinacion por Cromatografia liquida de alta resolucion Metodo CLAR Editar Un metodo mas rapido para determinar log P emplea la Cromatografia liquida de alta resolucion Metodo CLAR El log P de un soluto se puede determinar por correlacion de su tiempo de retencion con compuestos similares de log P conocido 7 Pros Es un metodo rapido de determinacion 5 20 minutos por muestra Contras La estructura quimica del soluto debe ser conocida de antemano Ya que el valor de log P se determina por regresion lineal varios compuestos con estructuras similares deben tenar valores de log P conocidos Diferentes familias de compuestos quimicos tendran diferentes coeficientes de correlacion las comparaciones entre distintas familias no son significativas Metodos electroquimicos Editar En el pasado reciente se han realizado algunos experimentos utilizando interfaces liquidas polarizadas para examinar la termodinamica y la cinetica de la transferencia de especies quimicas cargadas de una fase a otra Existen dos metodos principales ITIES en ingles Interfaces between two immiscible electrolyte solutions interfaces entre dos disoluciones de electrolitos inmiscibles 8 which for example has been used at Ecole Polytechnique Federale de Lausanne 1 Experimentos de reacciones electroquimicas en gotitas que han sido desarrollados por Alan Bond Frank Marken 2 y tambien por el equipo de la Ecole Polytechnique Federale de Lausanne En este caso una reaccion en una interfaz triple entre un solido conductor gotitas de una fase liquida activa redox y una solucion de electrolito se ha empleado para determinar la energia requerida para transferir especies cargadas a traves de la interfaz 9 Prediccion de valores de logP EditarLos algoritmos del modelo de relacion cuantitativa estructura propiedades QSPR por sus sigls en ingles Quantitative Structure Property Relationship calculan log P de varias maneras diferentes Prediccion basada en estructuras atomicas contribucion atomica AlogP MlogP etc El metodo mas simple para predecir logP consiste en parametrizar las contribuciones de varios atomos al coeficiente de particion molecular global usando ajuste por minimos cuadrados limitado a un conjunto de compuestos de entrenamiento con coeficientes de particion medidos experimentalmente 10 11 12 Para obtener correlaciones razonables los elementos quimicos mas frecuentes contenidos en las moleculas de farmaco hidrogeno carbono oxigeno azufre nitrogeno y halogenos se dividen en varios tipos de atomos diferentes dependiendo del entorno del atomo dentro de la molecula Mientras este metodo es generalmente el menos preciso la ventaja es que es el mas general siendo capaz de suministrar al menos una estimacion aproximada para un amplio conjunto de moleculas Prediccion basada en el fragmento contribucion del grupo ClogP etc Se ha demostrado que el valor de log P de un compuesto se puede determinar por la suma de sus fragmentos moleculares que no se solapan definidos como uno o mas atomos enlazados covalentemente a otros dentro de la molecula Los valores de log P fragmentarios han sido determinados por un metodo estadistico analogo a los metodos atomicos ajuste porminimos cuadrados de un conjunto de entrenamientol Ademas se incluyen correcciones tipo Hammett para tener en cuenta los efectos electronico y esterico Este metodo da en general mejores resultados que los basados en los atomos pero no puede usarse para predecir coeficientes de reparto de moleculas que contienen grupos funcionales inusuales porque el metodo no ha sido todavia bien parametrizado lo mas probable es que sea debido a la falta de datos experimentales para moleculas que contienen tales grupos funcionales 13 14 Prediccion basada en mineria de datosUna prediccion tipica basada en mineria de datos utiliza maquinas de vectores de soporte 15 arboles de decision or redes neuronales 16 Este metodo consigue habitualmente un exito notable al calcular los valores de log P cuando se emplea con compuestos que tienen estructuras quimicas similares y valores de log P conocidos Prediccion basada en mineria de moleculasLas aproximaciones de mineria de moleculas aplican una prediccion basada en matrices de similitud o de adyacencia o un esquema de fragmentacion automatica en subestructuras moleculares Adicionalmente tambien existen aproximaciones que emplean busquedas del subgrafo comun maximo o del kernel de moleculas Estimacion de log D para un pH dado a partir de log P y pKa 17 Expresiones exactas log D a c i d o s log P log 1 1 10 p H p K a displaystyle log D acute a cidos log P log Bigg frac 1 1 10 pH pK a Bigg log D b a s e s log P log 1 1 10 p K a p H displaystyle log D bases log P log Bigg frac 1 1 10 pK a pH Bigg Aproximaciones para compuestos ampliamente ionizados P a r a a c i d o s c o n p H p K a gt 1 log D a c i d o s log P p K a p H displaystyle mathrm Para acute a cidos con big pH pK a big gt 1 quad log D acute a cidos cong log P pK a pH P a r a b a s e s c o n p K a p H gt 1 log D b a s e s log P p K a p H displaystyle mathrm Para bases con big pK a pH big gt 1 quad log D bases cong log P pK a pH Aproximaciones para compuestos ampliamente no ionizados log D log P displaystyle log D cong log P Prediccion de pKaPara la prediccion de pKa que a su vez puede usarse para estimar log D se han aplicado frecuentemente las ecuaciones tipo Hammett 18 Ver 19 para la revision mas reciente de los metodos mas modernos Limitaciones EditarEl logaritmo del coeficiente de reparto Log P no es un determinante preciso del caracter lipofilico de compuestos ionizables porque solo describe correctamente los coeficientes de reparto de moleculas neutras no cargadas Tomando el ejemplo del descubrimiento de farmacos vemos como las limitaciones de log P pueden afectar a la investigacion Ya que la mayoria de los farmacos aproximadamente el 80 son ionizables log P no es un predictor apropiado del comportamiento de un compuesto en los entornos de pH cambiantes del cuerpo El coeficiente de distribucion Log D es el descriptor correcto para sistemas ionizables Alternativamente se puede usar un coeficiente de reparto aparente que se define como sigue P a p a r e n t e c o e f i c i e n t e d e r e p a r t o a p a r e n t e P v e r d a d e r o c o e f i c i e n t e d e r e p a r t o v e r d a d e r o x N D f r a c c i o n d e f a r m a c o N o d i s o c i a d o displaystyle P aparente coeficiente de reparto aparente P verdadero coeficiente de reparto verdadero quad x quad ND fracci acute o n de f acute a rmaco No disociado Claramente si el farmaco esta 100 sin ionizar entonces P a p a r e n t e P v e r d a d e r o displaystyle P aparente P verdadero Vease tambien EditarQuimioinformatica QSAR ADME Mineria de moleculas Regla de cinco de Lipinski Volatilidad relativa ITIES Diagrama de particion ionicaReferencias Editar Real Decreto 363 1995 de 10 de Marzo por el que se aprueba el reglamento sobre notificacion de sustancias nuevas y clasificacion envasado y etiquetado de sustancias peligrosas Archivado el 4 de febrero de 2012 en Wayback Machine BOE numero 133 de 5 6 1995 Kubinyi H 1979 Nonlinear dependence of biological activity on hydrophobic character the bilinear model Farmaco Sci 34 3 248 276 PMID 43264 Eisenberg D McLachlan AD 1986 Solvation energy in protein folding and binding Nature 319 6050 199 203 PMID 3945310 doi 10 1038 319199a0 Miyamoto S Kollman PA 1993 What determines the strength of noncovalent association of ligands to proteins in aqueous solution Proc Natl Acad Sci USA 90 18 8402 8406 PMID 8378312 doi 10 1073 pnas 90 18 8402 Pliska Vladimir Testa B Van De Waterbeemd H 1996 Lipophilicity in Drug Action and Toxicology Nueva York John Wiley amp Sons Ltd pp 439 paginas ISBN 978 3527293834 La referencia 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Texto solid ignorado ayuda Ghose AK Crippen GM 1986 Atomic Physicochemical Parameters for Three Dimensional Structure Directed Quantitative Structure Activity Relationships I Partition Coefficients as a Measure of Hydrophobicity Journal of Computational Chemistry 7 4 565 577 doi 10 1002 jcc 540070419 Ghose AK Viswanadhan VN Wendoloski JJ 1998 Prediction of Hydrophobic Lipophilic Properties of Small Organic Molecules Using Fragmental Methods An Analysis of AlogP and ClogP Methods Journal of Physical Chemistry A 102 21 3762 3772 doi 10 1021 jp980230o Moriguchi I Hirono S Liu Q Nakagome I Matsushita Y 1992 Simple method of calculating octanol water partition coefficient Chem Pharm Bull 40 1 127 130 Hansch Corwin Leo A 1979 Substituent Constants for Correlation Analysis in Chemistry and Biology Nueva York John Wiley amp Sons Ltd pp 178 paginas ISBN 978 0471050629 Leo Albert Hoekman DH Hansch C 1995 Exploring QSAR Hydrophobic Electronic and Steric Constants Washington DC American Chemical 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amp usp sharing Calculadoras de LogP Editar Hay muchas calculadoras o predictores del coeficiente de reparto o particion logP disponibles tanto comercialmente como de acceso libre ACD LogP DB Una aplicacion comercial que calcula los valores de LogP e incluye la base de datos mas extensa y comercialmente disponible de valores experimentales de logP con calculo de los parametros de la regla de 5 ACD LogP Freeware Descargar la calculadora de logP de acceso libre Simulations Plus S logP Una aplicacion para el calculo de alta precision de logP 1 ALOGPS Calculos en linea de acceso libre y comparacion de logP entre diez metodos Explorador de propiedades moleculares Calculos en linea de acceso libre usando los plugins Marvin y Calculator de ChemAxon requiere Java miLogP Calculos de acceso libre para logP y la Regla de cinco por Molinspiration Una vision general de recursos en linea en la Web para calculos de logP y otras propiedades fisicas PreADMET Programa de prediccion basado en la Web para logP logS y ADME Tox XLOGP3 Una calculadora de logP siguiendo un modelo aditivo con conocimiento Acceso libre para universitarios Datos Q898797 Tetko IV Poda GI 2007 Property based logP prediction En Mannhold R ed Molecular Drug Properties Measurement and Prediction Weinheim Germany Wiley VCH La referencia utiliza el parametro obsoleto coauthors ayuda Obtenido de https es wikipedia org w index php title Coeficiente de reparto amp oldid 132826264, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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