معامل التقسيم: التوزيع ، التوزيع ، التطبيقات - كيمياء - 2025

يُعرَّف معامل التقسيم أو التقسيم على أنه نسبة تركيز نوع كيميائي أو مذاب بين وسيطين في حالة توازن. يمكن أن يكون هذا الوسط غازًا مثل الهواء ؛ سائل مثل الماء أو الزيت ؛ أو خليط معقد مثل الدم أو الأنسجة الأخرى.

يعتبر معامل فصل الدم / الهواء مهمًا لتفسير تبادل الغازات الذي يحدث في الرئتين ، بين الدم والجو.

رسم تخطيطي يشرح معامل التقسيم لثلاث مذابات بين مرحلتين. المصدر: Perdula

توضح الصورة أعلاه بطريقة مبسطة ورائعة شرح المفهوم. يمثل كل شكل تحليلاً ، يتم توزيعه و / أو توزيعه بين مرحلتين غير قابلين للمزج: أحدهما علوي والآخر سفلي.

المربعات الخضراء هي في الغالب في المرحلة العليا ؛ بينما تذوب المثلثات الحمراء أكثر في الطور السفلي ، وتختار الدوائر الأرجواني أن تكون في الواجهة.

من المقدر كيف يختلف K _D لكل تحليل. إذا كانت K _D أكبر من 1 ، فإن المادة التحليلية ستوزع أكثر باتجاه المرحلة العليا ؛ إذا كانت قيمته قريبة من 1 ، فسيميل إلى أن يكون في الواجهة ؛ أو إذا كان K _D على العكس من ذلك أقل من 1 ، فسيكون بشكل أساسي في المرحلة الدنيا.

أحد أشكال معامل التقسيم هو ذلك الموجود بين سائلين غير قابلين للامتزاج في حالة توازن ؛ كما هو الحال مع نظام n-octane والمياه. تم استخدام هذا النظام لإنشاء خاصية مهمة للمركب: طبيعته الكارهة للماء أو المحبة للماء.

تعمل قيمة معامل التقسيم (P) ، أو معامل التقسيم (K) ، على الإشارة إلى الكراهية المائية للدواء. وبالتالي يمكن استخدامه للتنبؤ بامتصاص الأمعاء والتوزيع والتمثيل الغذائي وعملية الإخراج.

معامل التقسيم

تعريف

معامل التقسيم (K) للمادة ، ويسمى أيضًا معامل التقسيم (P) ، هو حاصل قسمة تركيزات مادة ما إلى مرحلتين ؛ يتكون من خليط من مذيلين غير قابلين للامتزاج لأن لهما كثافة وطبيعية مختلفة.

ترتبط قيمة معامل التقسيم (K) أو القسم (P) بالاختلاف في قابلية ذوبان المادة في السوائل غير القابلة للامتزاج التي تشكل جزءًا من الخليط.

K أو P = ₁ / ₂

₁ هو تركيز المادة في السائل 1. و ₂ هو تركيز المادة نفسها في السائل 2.

ترجمة

إذا كانت قيمة K أو P تساوي 3 ، فهذا يشير إلى أن تركيز المادة في السائل 1 أكبر بثلاث مرات من تركيزه في السائل 2. ولكن في الوقت نفسه ، يشير هذا أيضًا إلى أن المادة أكثر قابلية للذوبان في السائل 1.

الآن ، إذا كانت قيمة K أو P هي 0.3 ، فإن المادة تحتوي على تركيز أعلى في السائل 2 ؛ وبالتالي فإن قابليته للذوبان أعلى في السائل 2 منه في السائل 1.

معامل فصل الأوكتانول / الماء

في بعض مجالات البحث مثل الكيمياء العضوية والمستحضرات الصيدلانية ، يتكون خليط السوائل من الماء والسائل اللاقطبي مثل n-octanol أو 1-octanol ، وهذا هو سبب الإشارة إلى معامل تقسيم الأوكتانول غالبًا / الماء الذي يمثله الأسرى.

كثافة n-octanol تبلغ 0.824 جم / سم ³ ؛ بينما الماء ، كما هو معروف ، له كثافة ثابتة تقريبًا 1 جم / سم ³. بمجرد أن يتم موازنة السائلين ، يحتل n-octanol الجزء العلوي من خليط السوائل غير القابلة للامتزاج ، والذي يسمى السائل 1.

سيكون للمادة الكارهة للماء تركيز أعلى في n-octanol ، بمجرد موازنة السوائل غير القابلة للامتزاج. من ناحية أخرى ، سيكون للمادة المحبة للماء تركيز أعلى في الماء.

قيود

ينطبق معامل التقسيم أو التوزيع على المواد غير المؤينة. في حالة قياس معامل التقسيم في مادة قابلة للتأين ، يجب تعديل الأس الهيدروجيني أو استخدام عازل في الطور المائي لضمان تقديم المادة على أنها غير مرتبطة.

عند تحديد معامل التقسيم ، لا ينبغي استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي أو المواد الخافضة للتوتر السطحي ، لأن هذه المواد ، بسبب طبيعتها البرمائية ، تقع في واجهة السوائل غير القابلة للامتزاج.

عادة ما يتم التعبير عن معامل تقسيم الأوكتانول / الماء في شكل لوغاريتمي ؛ أي ، مثل السجل P أو السجل K ، بسبب اتساع قيم P و K.

إذا كان لوغاريتم الفوسفور لمادة أكبر من 0 ، فهذا يدل على أن المادة كارهة للماء. على العكس من ذلك ، إذا كان سجل P أقل من 0 (أي سلبي) ، فهذا يشير إلى أن المادة محبة للماء.

معامل التوزيع (د)

معامل التوزيع (D) هو الحاصل بين تركيز جميع المواد ، المؤينة وغير المؤينة ، في السائل 1 (n- أوكتانول) وتركيز نفس المواد في السائل 2 (الماء).

بمجرد الحصول على قيمة معامل التوزيع (D) ، يمكن التعبير عنها على أنها لوغاريتم D نظرًا لاتساع قيم D.

للحصول على معامل التوزيع (D) ، يجب تخزين الطور المائي ؛ بمعنى آخر ، عند درجة حموضة معينة ، والتي يجب الإشارة إليها عند الإشارة إلى قيمة معامل التوزيع الذي تم الحصول عليه.

من الملائم تنفيذ تحديد D عند درجة الحموضة 7.4. يتوافق هذا الرقم الهيدروجيني مع الدم ويمثل الظروف التي ستواجهها الأدوية أو المركبات في البيئة داخل الخلايا وفي البيئة خارج الخلية.

بالنسبة لمركب غير مؤين ، السجل D = log P ، بغض النظر عن الرقم الهيدروجيني المستخدم.

التحديد التجريبي لمعامل التقسيم

هناك عدة طرق لقياس معامل التقسيم (P). وتشمل هذه طريقة هز الزجاجة والكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء. كلاهما يتطلب معرفة مسبقة بقابلية ذوبان مادة الاختبار ، سواء في n-octanol أو في الماء.

طريقة هز القارورة

يتم إذابة العينة في n-octanol المشبعة بالماء ، والتي سيتم تقسيمها في قمع منفصل أو صبها بالماء المشبع بـ n-octanol. يعد تشبع المذيب ضروريًا لتجنب انتقال المذيب أثناء عملية التقسيم.

يتعرض قمع الفصل لتقليب ميكانيكي لفترة معينة. ثم يُسمح له بالوقوف لفترة طويلة لضمان الفصل التام. في الختام ، يتم فصل المراحل عن طريق الصب.

ثم يتم تحديد تركيز العينة في كل مذيب باستخدام طريقة قياس الطيف الضوئي ؛ على سبيل المثال UV-Visible أو طريقة أخرى. أخيرًا ، مع البيانات التي تم الحصول عليها ، كان معامل التقسيم وسجل P.

تتميز هذه الطريقة بأنها غير مكلفة وقابلة للتكرار ودقيقة للغاية. باختصار ، إنها الطريقة الأكثر موثوقية لتحديد السجل P.

العيب الرئيسي لهذه الطريقة هو أنها تستغرق وقتًا طويلاً: أكثر من 24 ساعة لإجراء موازنة السائل ، والتحريك وفصل الطور أثناء عملية التقسيم. علاوة على ذلك ، فهو قابل للتطبيق فقط على المواد القابلة للذوبان في n- أوكتانول والماء.

طريقة الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء

يمكن الحصول على السجل P عن طريق ربط وقت الاحتفاظ بالعينة بوقت الاحتفاظ لمركب مرجعي لهيكل كيميائي مماثل بقيمة P معروفة.

إنها طريقة يتم فيها الحصول على قيمة السجل P في وقت أقل من 20 دقيقة. يعطي قيم p لوغاريتمية بين 0 و 6 ، والتي تتوافق فقط مع المواد الكارهة للماء.

العيب هو أن قيمة P يتم تحديدها عن طريق الانحدار الخطي ، لذلك يجب استخدام العديد من المركبات ذات التركيب الكيميائي المشابه للعينة وقيم السجل P المعروفة كمرجع.

التطبيقات

تحسين عمل الدواء

إذا تم تناول الدواء ، يجب أن يصل إلى تجويف الأمعاء الدقيقة ، حيث يتم امتصاص معظم المواد. بعد ذلك ، يمر عبر الجزء الداخلي للخلايا ، ويذوب في طبقة ثنائية الدهون التي هي جزء من الغشاء. هذه العملية مفضلة بسبب طبيعة الدواء الكارهة للماء.

يجب أن يمر الدواء عبر الخلايا المعوية ، وعبر الغشاء القاعدي للوصول إلى الدم والوصول إلى المستقبلات المستهدفة لعمل الدواء. تفضل الطبيعة الكارهة للماء للدواء بعض مراحل العملية الكلية ، لكن البعض الآخر ليس كذلك.

يجب العثور على قيمة معامل التقسيم التي تسمح لجميع العمليات اللازمة لعمل الدواء والرفاهية الجسدية لتكون مرضية.

يمكن أن يكون استخدام العقاقير المسعورة بشكل مفرط سامًا ، حيث يمكن أن ينتج أيضها مستقلبات ضارة. من ناحية أخرى ، تواجه الأدوية المحبة للماء تمامًا صعوبة في الامتصاص المعوي.

الكيماويات الزراعية

يتأثر نشاط المبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب بطبيعتها الكارهة للماء. ومع ذلك ، فإن كره الماء يرتبط بعمر نصف أطول. لذلك ، فإن التأثير الملوث على البيئة طويل الأمد ، ويمكن أن يتسبب في أضرار بيئية.

يجب إنتاج منتجات فعالة مضادة للماء بنصف عمر أقصر.

العناية بالبيئة

عادة ما تكون المركبات الكارهة للماء ملوثات للبيئة ، حيث يتم تصريفها عبر الأرض ، بحيث تكون قادرة على الوصول إلى المياه الجوفية ثم مياه النهر لاحقًا.

معرفة معامل التقسيم للمركب ، يمكن إجراء تغييرات في تركيبته الكيميائية التي تعدل مقاومته للماء لتقليل تأثيره الملوث على البيئة.

تستخدم الجيولوجيا المائية معامل فصل الأوكتانول / الماء (Kow) للتحكم في تدفق المركبات الكارهة للماء ، في كل من التربة والمياه الجوفية.

المراجع

1. Bannan، CC، Calabró، G.، Kyu، DY، & Mobley، DL (2016). حساب معاملات التقسيم للجزيئات الصغيرة في أوكتانول / ماء وسيكلوهكسان / ماء. مجلة النظرية والحساب الكيميائي ، 12 (8) ، 4015-4024. دوى: 10.1021 / acs.jctc.6b00449
2. ويكيبيديا. (2019). معامل التقسيم. تم الاسترجاع من: es.wikipedia.org
3. جامعة كولومبيا الوطنية. (سادس). الوحدة 8: التحديد التجريبي لمعامل تقسيم الباربيتورات.. تم الاسترجاع من: red.unal.edu.co
4. سيفير. (2019). معامل التقسيم. العلوم المباشرة. تم الاسترجاع من: sciencedirect.com
5. سيبو همناث. (2019). معامل التقسيم: التعريف والحساب. دراسة. تم الاسترجاع من: study.com