Coeficiente de reparto octanol-agua

El coeficiente de reparto octanol-agua(KOW) de una sustancia, también llamado coeficiente de partición (POW), es el cociente o razón entre las concentraciones de esa sustancia en una mezcla bifásica formada por dos disolventes inmiscibles en equilibrio: n-octanol y agua. Ese coeficiente mide, pues, la solubilidad diferencial de un soluto en esos dos disolventes. Se ha elegido el n-octanol por ser un compuesto orgánico que simula bien el material lipídico de la biota, o en partículas y sedimentos orgánicos. Este coeficiente simula bien el carácter hidrófobo de una sustancia o la afinidad hacia los lípidos de una sustancia disuelta en agua.[1]​[2]​

  • K O W   =   K o c t a n o l / a g u a = [ s o l u t o ] o c t a n o l [ s o l u t o ] a g u a {\displaystyle K_{OW}\ =\ K_{octanol/agua}={\frac {{\big [}soluto{\big ]}_{octanol}}{{\big [}soluto{\big ]}_{agua}}}}


donde [ s o l u t o ] o c t a n o l {\displaystyle [soluto]_{octanol}} es la concentración de ese soluto en n-octanol y, análogamente [ s o l u t o ] a g u a {\displaystyle [soluto]_{agua}} es la concentración en agua de esa misma sustancia. En el caso de solutos ionizables, sólo se considera la concentración de sustancia sin disociar (ácido o base libre), usando para ello el tampón adecuado, con un pH inferior al pK en el caso de los ácidos, o con un pH superior al pK en el caso de las bases.

Es posiblemente el coeficiente de reparto más empleado en química orgánica y en química farmacéutica. Su rango de valores es muy amplio y sirve, por ejemplo, para estimar la distribución de fármacos en el cuerpo. En lugar de los valores de K o P, se suele trabajar con sus logaritmos, l o g K O W {\displaystyle logK_{OW}} o l o g P O W {\displaystyle logP_{OW}} . Los fármacos con elevados coeficientes de reparto octanol-agua 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. Por ejemplo, una sustancia con coeficiente de reparto elevado tiene gran absorción dérmica, es decir,atraviesan la piel con facilidad.[3]​

Su definición legal se encuentra en 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,[4]​ en su Anexo V, parte A, apartado A-7.

Significado ambiental de los valores de KOW

El valor de KOW de una sustancia está relacionado con su capacidad de adsorción o su potencial de bioconcentración en tejidos grasos.[1]​

Un valor bajo de KOW indica la probable movilidad y transporte de ese material por su buena solubilidad, y fácil metabolización y biodegradación, es decir, hay que esperar una escasa bioacumulación.

Por el contrario, un valor alto de KOW indica posible absorción en tejidos grasos, suelo y sedimentos. Por lo tanto, es probable la bioconcentración o bioacumulación. Su escasa movilidad favorece la toxicidad de estas sustancias.

Relación del coeficiente de reparto octanol-agua con otros coeficientes de reparto

Es posible relacionar KOW con otros coeficientes de reparto más difíciles de calcular de modo experimental como el coeficiente de reparto biota-agua, KBW , que se obtiene multiplicando KOW por un parámetro fB que señala la fracción de materia lipídica en la biota total.


K B W   =   K O W   ⋅   f B {\displaystyle K_{BW}\ =\ K_{OW}\ \cdot \ f_{B}}

También se pueden estimar de este modo otros coeficientes como KPA, coeficiente de reparto aire-aerosoles (o aire-partículas) y también KSW, coeficiente de reparto suelo-agua.

Otros parámetros relacionados con KOW son el factor de concentración en raíz (FCR) y el potencial de bioacumulación[5]​ o capacidad de bioacumulación.[6]​

Determinación de KOW

Los métodos de determinación experimental de este parámetro están regulados a nivel internacional por la directriz 107 de la OCDE (1995) y la directriz 117 (1989) y por los reglamentos A-8 de la CEE (1992) y CEE 1907/2006,que han sido transpuestos a las respectivas legislaciones nacionales. Los métodos principales son los mismos que para otros coeficientes de reparto: el método del frasco de agitación y el método de cromatografía líquida de alta resolución (CLAR).

Algunos datos de coeficientes de reparto octanol-agua

Los valores dados[7]​ están clasificados por el valor de su coeficiente de reparto. Según los valores de esta tabla, la acetamida es hidrofílica (logP bajo) y 2,2',4,4',5-Pentaclorobifenilo es lipofílico (logP elevado).

Componente log POW T (°C) Literatura
Acetamida -1.16 25 [8]​
Metanol -0.82 19 [9]​
Ácido fórmico -0.41 25 [10]​
Dietiléter 0.83 20 [9]​
p-Diclorobenceno 3.37 25 [11]​
Hexametilbenceno 4.61 25 [11]​
2,2',4,4',5-Pentaclorobifenilo 6.41 Ambiente [12]​

Valores para otros compuestos se pueden encontrar en la base de datos de Sangster Research Laboratories[1]. Cuando no se disponen de valores experimentales fiables del coeficiente de reparto octanol-agua, se estima su valor a partir de métodos QSAR (relación cuantitativa estructura-actividad).[5]​ En la tabla siguiente se observa la afinidad de una sustancia por los tejidos grasos (abundantes en animales) en función del valor del logaritmo del coeficiente de reparto octanol-agua.[13]​ Así este valor es una medida de la bioconcentración de esa sustancia en organismos acuáticos.

Valor de log KOW Afinidad por los
tejidos grasos animales
> de 5 Muy alta
3,5 a 5 Alta
3 a 3,5 Media
1 a 3 Baja
< de 1 Muy baja

Relación entre KOW y solubilidad en agua

S. H. Yalkowsky y col. han deducido una expresión, a partir de la ecuación de Hildebrand y Scott, que relaciona la solubilidad en agua y coeficiente de reparto octanol/agua admitiendo un comportamiento ideal de las sustancias.[14]​

l o g S w   =   − a   − l o g K O W   − b   − T f u s   +   c {\displaystyle log\,S_{w}\ =\ -a\ -log\,K_{OW}\ -b\ -T_{fus}\ +\ c}

en la que Sw representa la solubilidad en agua, KOW el coeficiente de reparto de ese soluto en el sistema octanol/agua, Tfus el punto de fusión del soluto y a, b y c son constantes que dependen de las características del soluto (no electrólito o electrólito débil, rigidez molecular, etc.). En todos los casos tratados por los citados autores, a es ligeramente superior a la unidad, b tiene un orden de magnitud de 10-2, y c es próximo a la unidad cuando se aplica a moléculas rígidas, de cadena corta y no electrólitos.

Mediante esta ecuación se puede estimar la solubilidad en agua a partir del punto de fusión y de la solubilidad en octanol ya que el coeficiente de reparto octanol-agua es proporcional a la relación de solubilidades entre ambos disolventes.

Véase también

Coeficiente de reparto

Referencias

  1. ↑ a b Anexo 2: Comportamiento medioambiental de las sustancias
  2. ↑ Química física del ambiente y de los procesos medioambientales. Juan E. Figueruelo, Martín Marino Dávila. Editorial Reverté. Barcelona, 2004. ISBN 84-291-7903-8. Página 242.
  3. ↑ Fundamentos de higiene y seguridad en el trabajo. Mangosio Jorge E. Buenos Aires, 1994.
  4. ↑ 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. Archivado el 4 de febrero de 2012 en Wayback Machine. (BOE número 133 de 5/6/1995)
  5. ↑ a b Sistema globalmente armonizado de clasificación y etiquetado de productos químicos (SGA). Publicación de las Naciones Unidas. Nueva York y Ginebra, 2003. ISBN 92-1-316006-2.
  6. ↑ Reglamentación relativa al Transporte de Mercancias Peligrosas. Publicación de las Naciones Unidas, 2007. ISBN 978-92-1-339037-5. Pág. 169
  7. ↑ Dortmund Data Bank
  8. ↑ Wolfenden R (1978). «Interaction of the peptide bond with solvent water: a vapor phase analysis». Biochemistry 17 (1): 201-4. PMID 618544. doi:10.1021/bi00594a030. 
  9. ↑ a b Collander R (1951). «The partition of organic compounds. between higher alcohols and water». Acta Chem Scand 5: 774-780. doi:10.3891/acta.chem.scand.05-0774. 
  10. ↑ Whitehead KE, Geankoplis CJ (1955). «Separation of Formic and Sulfuric Acids by Extraction». Ind Eng Chem 47 (10): 2114-2122. doi:10.1021/ie50550a029. 
  11. ↑ a b Wasik SP, Tewari YB, Miller MM, Martire DE (1981). «Octanol - Water Partition Coefficients and Aqueous Solubilities of Organic Compounds». NBS Techn Rep 81 (2406): S1-56. 
  12. ↑ Brodsky J, Ballschmiter K (1988). «Reversed phase liquid chromatography of PCBs as a basis for calculation of water solubility and Kow for polychlorobiphenyls». Fresenius Z Anal Chem 331: 295-301. doi:10.1007/BF00481899. 
  13. ↑ Afinidad de compuestos orgánicos Archivado el 7 de julio de 2010 en Wayback Machine..
  14. ↑ YALKOWSKY S.H., VALVANI S.C., ROSEMAN T.J. Solubility and partilioning VI: Octanol solubility and octanol-water partition coefficients. J. Pham). Sci., Vol. 72, Ni 8, 866 (1983). YALKOWSKY S.H., VALVANI S.C. Solubility and partilioning I: Solubility of nonelectrolytes in water. J. Pharm). Sci, Vol. 69, N 8, 912 (1980). YALKOWSKY S.H., FLYNN G.L. Transport of alkyl homologs across synthetic and biological membranes: a new model for chain length-activity relationships, J. Pharm. Sci., Vol. 62, N 2, 210 (1973).

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