Příloha 1:3 · 299/1998 Sb.

METODY VÝPOČTU NEBO ODHADU
ÚVOD
Obecný úvod do výpočtových metod, data a příklady jsou uvedeny v Handbook of Chemical Property Estimation Methods (a).
Vypočtené hodnoty P_ow lze použít:
- k rozhodnutí, která z experimentálních metod je vhodná (rozsah u třepací láhve: log P_ow: -2 až 4, rozsah u HPLC: log P_ow: 0 až 6),
- k volbě vhodných zkušebních podmínek (např. referenčních látek pro postupy HPLC, poměr objemů n-oktanol/voda pro metodu třepací láhve),
- jako vnitřní laboratorní kontrola možných experimentálních chyb,
- k získání odhadu P_ow v případech, kdy zkušební metody nelze použít z technických důvodů.
METODA ODHADU
Předběžný odhad rozdělovacího koeficientu
Hodnotu rozdělovacího koeficientu je možné odhadnout s použitím rozpustnosti zkoušené látky v čistých rozpouštědlech:
Pro tento případ platí:
$P_{o d h a d} = \frac{n a s y c e n í c_{n - o k \tan o l}}{n a s y c e n í c_{v o d a}}$
VÝPOČTOVÉ METODY
Princip metod výpočtu
Všechny výpočtové metody jsou založeny na formálním dělení molekul do vhodných podstruktur, pro které jsou známy spolehlivé přírůstky log P_ow.log P_ow celé molekuly se pak vypočítá jako součet hodnot pro příslušné fragmenty plus součet korekčních členů pro intramolekulární interakce.
Existují seznamy konstant fragmentů a korekčních členů (b),(c),(d),(e). Některé se pravidelně aktualizují (b).
Kritéria kvality
Spolehlivost výpočtové metody obecně klesá s rostoucí složitostí zkoušené sloučeniny. V případě jednoduchých molekul s nízkou molekulovou hmotností a jednou nebo dvěma funkčními skupinami je možné očekávat odchylku mezi výsledky různých fragmentačních metod a naměřenou hodnotou od 0,1 do 0,3 jednotek log P_ow. U složitějších molekul může být rozpětí chyb větší. To závisí na spolehlivosti a dostupnosti konstant pro fragmenty a na schopnosti zjistit intramolekulární interakce (např. vodíkové vazby) a na správném používání korekčních členů (problém se částečně řeší použitím počítačového programu CLOGP-3) (b). V případě disociujících látek je důležité správně zohlednit náboj nebo stupeň disociace.
Výpočetní postupy
Hanschova π-metoda
Původní konstanta hydrofobnosti substituentu, π, zavedená Fujitou a kol. (f), je definována jako:
$π_{x} = \log P_{o w} P h X - \log P_{o w} (P h H)$
kde P_ow (PhX) je rozdělovací koeficient aromatického derivátu a P_ow (PhH) rozdělovací koeficient výchozí sloučeniny.
(např. π_Cl = log P_ow(C₆ H ₅ Cl) - log P_ow(C₆ H 6) = 2,84 - 2,13 = 0,71).
Podle své definice je metoda použitelná především u aromatických substituentů. Pro velký počet substituentů byly hodnoty tabelovány (b),(c),(d). Používají se k výpočtu log P_ow aromatických molekul nebo substruktur.
Rekkerova metoda
Podle Rekkera (g) se hodnota log P_ow vypočte takto:
$\log P_{o w} = \sum_{i} a_{i} f_{i} + \sum_{j} (i n t e r a k č n í č l e n)$
kde f_i představuje jednotlivé konstanty pro molekulární fragmenty a a_i četnost jejich výskytu ve studované molekule. Korekční členy je možné vyjádřit jako souhrnný násobek jedinou konstantou C_m (takzvaná „magická konstanta“). Konstanty pro fragmenty f_ia _Cm byly stanoveny ze seznamu 1054 experimentálních hodnot P_ow (pro 825 sloučenin) pomocí vícenásobné regresní analýzy (c),(h). Členy pro interakci se určí podle stanovených pravidel, popsaných v literatuře (e),(h),(i).
Hanschova-Leova metoda
Podle Hansche a Lea (c) se hodnota log P_ow vypočte z výrazu:
$\log P_{o w} = \sum_{i} a_{i} f_{i} + \sum_{j} b_{j} F_{j}$
kde f_i představuje jednotlivé konstanty pro molekulární fragmenty,F_ikorekční členy a a_i, b_jodpovídající četnosti výskytu. Na základě experimentálních hodnot P_ow byl metodou pokusu a omylu sestaven seznam hodnot pro atomové a skupinové fragmenty a seznam korekčních členů F_i takzvaných „faktorů“). Korekční členy byly setříděny do několika různých tříd (a),(c). Zohlednění všech pravidel a korekčních členů je poměrně složité a časově náročné. Byly zpracovány soubory programů (b).
Kombinovaná metoda
Výpočet log P_owsložitých molekul je možné značně zdokonalit, rozdělí-li se molekula do větších podstruktur, pro které existují spolehlivé hodnoty buď z tabulek (b),(c), nebo z vlastních měření. Tyto fragmenty (např. heterocykly, antrachinon, azobenzen) se pak mohou kombinovat s Hanschovými hodnotami nebo s Rekkerovými nebo Leovými konstantami pro fragmenty.
Poznámky
1) Výpočetní metody lze používat pouze pro částečně nebo úplně disociované sloučeniny, pokud je možné vzít v úvahu nutné korekční faktory.
2) Pokud lze předpokládat intramolekulární vodíkové vazby, je nutné přičíst odpovídající korekční členy (přibližně + 0,6 až + 1,0 jednotek log P_ow) (a). Indikace na existenci těchto vazeb lze získat z prostorových modelů nebo ze spektroskopických dat molekuly.
3) Je-li možných několik tautomerních forem, je nutné jako základ pro výpočet použít nejpravděpodobnější formu.
4) Je nutné pečlivě sledovat změny seznamů konstant fragmentů.
Protokol o zkoušce
Při použití výpočetní metody nebo metody odhadu se v protokolu o zkoušce uvedou pokud možno následující informace:
- popis látky (směs, nečistoty atd.),
- indikace možnosti intramolekulárních vodíkových vazeb, disociace, náboj a další neobvyklé účinky (např. tautomerie),
- popis výpočetní metody,
- označení nebo uvedení databáze,
- charakteristiky při volbě fragmentů,
- vyčerpávající dokumentaci výpočtů.
LITERATURA

(a) W.J. Lyman, W.F. Reehl a D.H. Rosenblatt (ed), Handbook of Chemical Property Estimation Methods, McGraw-Hill, New Zork, 1983

(b) Pomona College, Medicinal Chemistry Project, Claremont, California 91711, USA, Log P Database and Med. Chem. Software (Program CLOGP-3)

(c) C. Hansch, A.J. Leo, Substituent Constants for Correlation Analysis in Chemistry and Biology, John Wiley, New York, 1979

(d) A. Leo, C. Hansch, D. Elkins, Chem Rev., 1971, vol. 71, 525

(e) R.F. Rekker, H.M. de Kort, Eur. J. Med. Chem. - Chim. Ther. 1979, vol. 14, 479

(f) T. Fujita, J. Iwasa and C. Hansch, J. Amer. Chem. Soc., 1964, vol. 86, 5175

(g) R.F. Rekker, The Hydrofobic Fragmental Constant, Pharmacochemistry Library, Elsevier, New York, 1977, vol. 1

(h) C.V. Eadsforth, P. Moser, Chemosphere, 1983, vol. 12, 1459

(i) R.A. Scherrer, ACS, American Chemical Society, Was hington D.C., 1984, Symposium Series 255, str. 225