บทนำ
สัมประสิทธิ์การกระจายตัว (partition coefficient, P) เป็นค่าที่บอกถึงความสามารถในการละลายของสารในตัวทำละลาย 2 ชนิด ที่ไม่สามารถผสมกันได้ (immiscible) โดยในกรณีของน้ำและน้ำมัน จะใช้ตัวทำละลายอินทรีย์คือ ออกทานอล (n-octanol) แทนชั้นน้ำมันหรือเนื้อเยื่อ (membrane) ต่างๆ และจะเรียกค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวนี้เรียกว่า ค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวของสารในชั้นน้ำและชั้นออกทานอล (n-octanol/water partition coefficient, Pow) ซึ่งการเลือกใช้ออกทานอลแทนชั้นน้ำมันหรือเนื้อเยื่อ เนื่องจาก เมื่อออกทานอลอิ่มตัวด้วยน้ำจะมีความเป็นขั้วใกล้เคียงกลับเซลล์เมมเบรนซึ่งเป็นชั้นไขมัน และนอกจากนี้โครงสร้างของออกทานอลดังแสดงในรูปที่ 1 มีลักษณะคล้ายคลึงกับองค์ประกอบหลักของชั้นไขมัน (phospholipid)
ขั้นตอนการหาค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวของสารในชั้นน้ำและชั้นออกทานอลทำได้โดย ปล่อยให้สารกระจายตัวในตัวทำละลายทั้ง 2 ชนิด จนถึงภาวะสมดุล แล้วหาความเข้มข้นของสารในสารละลายแต่ละชนิด จากนั้นนำมาคำนวณหาค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัว ดังสมการ
เมื่อ Pow คือ สัมประสิทธิ์การกระจายตัวของสารในระหว่างชั้นออกทานอลและชั้นน้ำ
Coct คือ ความเข้มข้นของสารในชั้นออกทานอล
และ Cwater คือ ความเข้มเข้นของสารในชั้นน้ำ
โดยปกติค่าสัมประสิทธิ์ที่ได้จะแสดงอยู่ในรูปของลอการิทึม เรียกว่าค่า Log Pow เพื่อทำให้ค่าอยู่ในหลักหน่วยซึ่งง่ายต่อการอ้างอิงและเปรียบเทียบความเป็นขั้วของโมเลกุล ดังนั้นจะได้
ค่า Log Pow จะบอกถึงความชอบในกระจายตัวเข้าไปอยู่ในชั้นน้ำหรือชั้นน้ำมันของสารเคมี โดยถ้าค่า Log Pow < 1 แสดงว่าสารละลายในชั้นน้ำได้ดีกว่าชั้นน้ำมัน ถ้าสารนี้เข้าไปอยู่ในร่างกายก็จะกระจายตัวในส่วนที่เป็นน้ำได้ดี แต่ถ้าค่า Log Pow > 1 แสดงว่าสารชอบที่จะละลายในชั้นน้ำมันมากกว่า นั่นคือสารนี้จะสะสมในร่างกายบริเวณที่เป็นชั้นไขมันได้ดีกว่านั่นเอง นอกจากนี้ค่า Log Pow ยังนำมาใช้อธิบายถึงความสามารถในการตกค้างของสารเคมีทั้งในสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อมได้อีกด้วย
รูปที่ 1 การเปรียบเทียบโครงสร้างระหว่างออกทานอลและ phospholipid
การหาค่า Log P
การหาค่า Log Pow สามารถคำนวณหาได้ทั้งจากการทดลอง (experimental) ดังวิธีที่แสดงในตารางที่ 1 และจากการคำนวณโดยใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ (computational) ตัวอย่างโปรแกรมที่ใช้ในการคำนวณ ได้แก่
1) Chemistry Development Kit
2) JOELib
3) ACD/LogP DB
4) ACD/LogP Freeware
5) Simulations Plus - S+logP
6) ALOGPS
7) Molecular Property Explorer
8) Free online logP calculations โดยใช้ ChemAxon
9) miLogP
10) PreADMET
11) XLOGP3
ตารางที่ 1 แสดงวิธีการทดลอง ข้อดี และข้อเสีย ที่ใช้ในการหาค่า Log Pow
|
วิธีการทดลอง
|
ข้อดี
|
ข้อเสีย
|
|
1. การหาค่า Log Pow โดยตรง (direct method)
1.1 Potentiometric method
1.2 Ion pair method
1.3 Filter probe method
1.4 Shake-flask method
1.5 Slow-stirring method
|
- เป็นวิธีที่เร็วและสะดวก
- สามารถหาค่า Log Pow ของสารประกอบที่ละลายน้อยๆ ได้
- ใช้ในการหาค่า Log Pow ของสารประกอบที่อยู่ในช่วง -2 ถึง 4
- ลดการเกิดอิมัลชั่น (emulsion) ที่เกิดขึ้นจากการเขย่าในวิธี Shake-flask
|
- ไม่สามารถหาค่า Log Pow ของสารประกอบที่ไม่ละลายได้
- ต้องทำการไทเทรตอย่างน้อย 3 ครั้ง
- สารประกอบที่มีค่า Log Pow น้อยกว่า 0.2 ไม่สามารถคำนวณได้ด้วยวิธีนี้
- เป็นวิธีที่ช้า
- ใช้เวลานานในการทดลอง
|
|
2. การหาค่า Log Pow โดยวิธีอ้อม (indirect method)
2.1 HPLC method
|
- ใช้ในการหาค่า Log Pow ของสารประกอบที่อยู่ในช่วง 0 ถึง 6
- ใช้สารปริมาณน้อยในการคำนวณ
|
- วิธีนี้มีความเที่ยงต่ำ |
เอกสารอ้างอิง :
1. โอภา วัชระคุปต์ และคณะ. เคมีของยาฉบับที่ 1. กรุงเทพ ฯ : พี.เอส.พริ้นท์, 2551
2. Leo, A.; Hansch, C.; D. Elkins. Chem. Rev., 1971, 71, 525–616.
3. J. Sangster. Octanol-Water Partition Coefficients: Fundamentals and Physical Chemistry, Vol. 2 of Wiley Series in Solution Chemistry. 1997, Chichester: John Wiley & Sons Ltd., pp. 178 pages.
4. OECD guidelines for the testing of chemicals No.107. 1995.
5. OECD guidelines for the testing of chemicals No.117. 2004.
6. OECD guidelines for the testing of chemicals No. 123. 2006.
7. Wikipedia. 2007. Avialable: http://en.wikipedia.org/wiki/Partition_coefficient (accessed 6 March 2007).
8. Mark Earll. Avialable: http://www.raell.demon.co.uk/chem/logp/logppka.htm (accessed 13 November 2006). |
