オクタノール/水　分配比率

2023.4.19改定()

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オクタノール/水　分配比率　logP, logKow

Pirikaで提供するプログラム

2011-2024年横浜国大(YNU)で行なった授業で使ったYNU-YMBを公開した。
重原子は15まで、CHNO以外の原子は１以下。パラメータは2013年のものなので古い。JSMEの使い方はこちらを参照して欲しい。

以降、2011.6.28の古い記述。

（2011年当時の古いもの）

（分子の描き方はこちらを参照してください。）

オクタノール/水分配比率はPirikaの物性推算の中でも最もアクセス数の多い物性値だ。このlogPの本質は分子の体積なので、推算は容易だ。logPは医薬品の評価などでも無くてはならない物性値なので、先に移植をすすめることにした。

iPhone/iPod touch版

iPad/iPhone/iPod TouchではJAVAが搭載されていないので古いJAVAのプログラムは動作しない。
自分でもiPadを購入したこともあって、練習がてら古いJAVAアプレットを、iPad/iPhone/iPod Touch用に改造してみた。

ただし、商用版との絡みもあるので、Web版の制限はそのまま引き継いでいる。使える原子は、C, N, Oのみ。芳香族は扱えない（芳香環を描いても環状のC=Cとして認識される）。最大の重原子数は8までだ。

最新の推算方法は、HSPiPに搭載された。HSPiPに搭載の商用版では、F, Cl, Br, I,S, P, B, Siが使える。最大重原子数は120になる。

プログラムによってどんな原子団が使えるかはこちらで確認のこと

ハンセン溶解度パラメータ(HSP)とオクタノール/水分配係数（logP, logKow）2022.9.14改訂(2010.5.31)

定義：

オクタノール/水分配比率（Kow)は、オクタノールと水の２相システムにおいて、ある化合物がオクタノール相に溶解している濃度と、水に溶解している濃度の比として定義される。

Kow = オクタノール相の濃度　/ 水相の濃度

したがって、Kowには単位がない。このパラメータは、溶質の濃度にはあまり影響を受けないので、希薄溶液を使って測定される。
多くの場合、Kowは室温（20°Cか25°C）で測定される。温度の影響はあまり大きくなく、1°Cあたり、log Kowにして、0.001から0.01程度で、プラスのこともマイナスのこともある。

有機化合物の場合、測定されたKowの値は 10^-3 から10^7 の間に入ることが多い。log Kowという使い方をしたときには、−3から7ということになる。log Kowの推算では0.1から0.2程度の誤差になる。

オクタノール/水分配比率（Kow)は、化合物のオクタノールへの溶解度と水への溶解度の比率ではない。
なぜなら、オクタノールと水の２相システムでは水はオクタノールに溶解し、オクタノールは水に溶解し純粋な溶媒ではないからだ。

平衡に達したとき、有機相には水が2.3 mol/L含まれ、水相には 4.5 X 10^-8 mol/Lオクタノールが含まれる。

その上、Kowは溶質の濃度の関数であることも、しばしば見出されている。そこで、問題となっている化合物を予想されるKowに合わせた量だけオクタノール/水に加える。

用いるオクタノールと水は十分純粋なものを使う。そして、溶質の量は0.01 mol/L以下を目処にする。そして緩やかにかき混ぜ、15分から1時間、平衡に達すのを待つ。

特にエマルジョンになってしまった場合には、２つの相を分けるのに、遠心分離が必要なことが多い。そして適切な分析方法で、各々の相の濃度を測定する。

実験室でお手軽にKowを予測するには、高速液体クロマトグラフィーを用いて保持時間を測定する。保持時間の対数をとったものと、log Kowには直線関係が見出される。

近年では、オクタノール/水分配比率（Kow)は、有機化合物の環境影響を研究するのに鍵となるパラメーターになってきている。

Kowは水への溶解度、土壌、堆積物への吸着係数、水生生物への生物濃縮性などと関係があることが見出されている。こうした他の物性を推算するのにKowが使われることが多くなったので、新規化合物や問題の多そうな化合物の研究になくてはならないパラメータになっている。

Kowの値は、ある化合物が有機相（さかなや土壌など）と水相のあいだのどちらに居たいかの傾向を表す。

Kowの値が10以下の小さなものは、相対的に親水性で、水に対する溶解性が高く、土壌、堆積物への吸着係数も低く、水生生物への生物濃縮性も低い。Kowが10^4 以上のものは、逆に親油性が高いと言える。

logKow推算式

オクタノール/水分配比率は、環境影響、毒性などの評価にも使われる極めて重要な指標である。

人間の体は水と脂質からできている。
その脂質と極性の近いオクタノールへ化合物がどのくらい分配するかを知れば、生体蓄積性なども予測できるからだ。
この物性で問題になるのは、あくまでも比率である点だ。100/100でも0.001/0.001でも比率は１でlogPは0になる。

また、オクタノール自体が水へ溶解し、水もオクタノールに溶解する。そこで水へ溶けた溶質が水ごとオクタノール相にミクロ分散したりすると、実験値はばらつきが大きくなる。

この物性値を推算する式は様々なものが開発されているが、式の形をオープンにしている推算式は少ない。

市販のものとしてはClogP, ScilogPなどが著名だ。
フリーのものとしてはpirikaで公開されているものはWikiでも取り上げられているほど著名だ。
これは原子団寄与法をベースにしたニューラルネットワーク法でlogKowを予測する。741化合物の実験値を元に加算値を決め、以下のような精度でlogPを予測する。

logPの大きな領域、つまり疎水性の大きな化合物では比較的精度良く推算できる。

しかしlogPがマイナスの領域、つまり、水への溶解性が高い領域では、ばらつきが大きくなる。
これは水への溶解性が高いものの実験を行うと境界層にエマリが生じて分離が困難になるからだ。これが１０年前に構築した推算式だ。

何故このように推算精度が高いのか、最近調べていたところ、実はこの物性値は分子の体積に主に依存する物性で有ることが解った。

炭化水素化合物のlogPを分子体積に対してプロットすると、非常にきれいな相関が得られる。

分子中にハロゲン原子を含む分子も、体積に対してプロットすると炭化水素化合物のものに完全に一致する。

含酸素化合物は炭化水素の線に平行で、線の上に来ることがわかる。

アルコールはエーテル、ケトン、アルデヒドと比べ水溶性の化合物なので、logPは低いものになると考えていたが、全くの誤りで、水への溶解性も高い分、オクタノールにも溶解性が高く、比率としては他の含酸素化合物と変わらず、体積だけで効いていることがわかる。

他のものについてもこちらにまとめたので参照いただきたい。従って、含酸素、含窒素などの分類ごとに補正係数を定めてしまえば、後は分子体積のみでlogPを推算する事が可能となる。

HSPiPには5692化合物から決めた加算値を使って以下の精度で推算する式が搭載されている。

抽出を考えてみよう。溶解性が基本だ。

有機溶媒と水と言った時には有機層がオクタノールである実験結果が一番多い。
ところが、オクタノールは水自体も溶かすので判断の難しい溶媒だ。
他の有機溶媒と水との抽出を考察した。

生物濃縮性とlogKow

ちなみに、logBCF(Bio Concentration Factor) 生物濃縮性はlogPと相関がある。

環境影響評価では重要な指標であるので覚えておくと良い。
ただし、BCFもg/Kgと一見無次元に見えるが、これは体重当たりなので無次元ではない。
また、logKowは分子が大きくなるとどんどん値が大きくなるが、大きい分子は生物には取り込まれないので、ある所から上に凸になる。
塩素を含むものは、logKowに関わらず、生物濃縮性が高いので注意が必要だ。

生物濃縮性については詳しい記事をブログに書いているので参照していただきたい。

EPA T.E.S.T. 2019.1.23
EPAのTESTにはBCFのデータが含まれる。これをPLS法を使って解析した。

オクタノール/水分配比率推算に逃避傾向を入れるか？

というブログを書いた。
HSPiPのユーザーとlogKowについて議論している。有機層でのHSP距離だけでなく、水相でのHSP距離（逃避傾向）も加味する必要があるかどうか？どうかだ。

逃避傾向というのは、化学工学で言う、フガシチー(fugacity)のことだ。
活量係数を使ったlogKowの評価をこちらで解説した。

iPhone/iPod Touch用のプログラム　もういらないだろう

iPhone/iPod Touch用のプログラム

iPhone/iPod Touch用のプログラムはタッチ・イベントが発生しないと動かないのでMac/PCでアクセスしても動かない。（最近、PC/Macなどのマウス系とタッチ系を同じプログラムで動かすやり方がわかってきたので、二つを作り分ける必要は無くなってきたが。）

iPhone/iPod touch版

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