RP-HPLC法测定高疏水中性和弱酸性化合物正辛醇-水分配系数的新策略

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作为物质的定量构效关系(Quantitative structure-activity relationship,QSAR)模型中一个重要的物化参数,正辛醇-水分配系数(Kow)与生物活性、生物累积因子、沉积物-水、土壤-水以及类似的分配系数等之间具有简单而直接的关系。在环境、生物以及药物研究中,经常被用以评估化合物在环境中的归趋及分布,在生物体内的吸收、分布、代谢和排泄(Absorption,distribution,metabolism,and excretion,ADME)过程,以及对生物体的活性(或毒性)等。反相高效液相色谱(RP-HPLC)法虽为测定物质疏水常数Kow的经典方法,但其应用范围有限,通常只能对0< logKow<6的化合物进行准确测定。本文以Snyder和Collander方程等色谱保留的经典公式作为理论基础,对经典的RP-HPLC法测定Kow进行了改进,提出了适合于测定目前热点研究的环境污染物、药物以及生物大分子Kow的RP-HPLC法新策略,研究了这些化合物疏水性与保留行为之间的关系,建立了相应的定量结构-保留行为关系(Quantitative structure-retention relationship, QSRR)模型,得到了一批准确可靠的Kow数据,为准确预测这些化合物在环境中的迁移和分布,在生物体内的富集和放大,以及研究它们的活性(或毒性)机理提供了数据支持。本工作主要包括以下两个部分:  1.RP-HPLC法新策略测定持久性有机污染物(POPs)的Kow  对于高疏水中性化合物,研究主要围绕以下两点展开:  首先,针对经典RP-HPLC法测定高疏水中性化合物的Kow时,存在的由于实验周期过长导致柱老化现象严重,从而保留时间tR难以准确测量这个问题,提出了一种新的保留时间校正方法,称之为保留时间两点校正法(DP-RTC),对保留时间的测定进行了优化,得到了化合物准确的tR值,为RP-HPLC法新策略提供了一个普适性的保留时间校正方法,为准确建立高疏水化合物的logKow-logkw QSRR模型奠定了基础。  其次,经典的RP-HPLC法中,为了保证外推至100%水相的保留因子logkw的准确性,对于每一个物质,Snyder-Soczewinski方程的拟合需要至少四个不同的流动相比例(ψ)下的tR值。对于高疏水的化合物来说,一方面,其在水相比例较高的流动相中过长的保留使得tR的测量变得十分困难,甚至难以完成;另一方面,由全部在高有机调节剂比例的流动相下得到的Snyder-Soczewinski拟合方程的线性较差,且由于数据点距离原点较远,由其外推得到的logk存在较大误差。这两个看似不可调和矛盾成为经典RP-HPLC法测定高疏水化合物Kow时的难题。本文提出了一种新的基于实验基础的计算logkw的方法,此方法通过建立logkw与logk之间简单的线性关系,得到物质的logkw值,从而大大简化RP-HPLC法测定Kow的过程,使得对成百上千的POPs同系物的Kow高通量测定成为可能。  通过以上提出的RP-HPLC法新策略,本文测定了一批POPs的Kow数据。  2.弱酸性化合物logKow"-logkwQSRR模型的探究  对于弱酸性化合物,课题组前期研究工作提出了适用于弱离解化合物的半经验logKow"-logk QSRR模型。本文在此基础上,开展了以下工作:  首先,系统地考察了弱酸性化合物在RP-HPLC中的行为规律,对logKow"-logk线性关系进行了研究,包括流动相pH与有机调节剂比例ψ的改变对弱酸性化合物的保留行为的影响,ψ的改变对流动相pH、弱酸性溶质的解离常数pKa和logKow"-logkw QSRR模型的影响。证实了流动相pH和ψ的改变的确会引起保留因子k的变化;但在某一固定wwpH下,流动相真实pH(swpH或sspH)和酸性溶质真实pKa(swpKa或sspKa)之间的差值,即(swpH-swpKa)以及(sspH-sspKa)相等且为一个常数,该常数的数值等于(wwpH-wwpKa)。此结果表明,logKow"-logkw QSRR模型的建立不依赖于ψ,从而大大扩展了建立logKow"-logkw QSRR模型时可用的离子调节剂的范围:由于流动相pH并不强制固定为某一数值,因此强酸、弱酸和缓冲盐均可作为离子抑制剂。本工作对使用不同离子抑制剂时得到的logKow"-logkw QSRR模型进行了比较,结果发现,强酸(如高氯酸)作为离子抑制剂时QSRR模型最优。  其次,从理论和实验两方面证明了:对于某一确定模型组而言,若仅考虑酸性溶质在流动相中的解离,在任何流动相pH下拟合得到的logKow"-logkw线性方程的斜率均为1,截距为某一固定常数。确证了logKow"-logkw QSRR模型对于弱酸性化合物的适用性和准确性,即:弱酸性化合物在正辛醇-水中的实际分配(以表观正辛醇-水分配系数Kow"表示)与其在RP-HPLC上的色谱保留(以kw表示)才是均能过程,用弱离解化合物的色谱保留行为准确模拟的是其表观正辛醇-水分配过程,而非正辛醇-水分配过程。  最后,证明了以中性模型化合物建立logKow"-logkw QSRR模型的可行性,并利用实验得到的模型测定了马兜铃酸(AAs)的Kow数据。本文提出的采用中性模型组建立logKow"-logkw QSRR模型的简便方案,解决了经典RP-HPLC法中由于缺少合适的酸性模型组而导致高疏水弱酸的Kow数据难以准确测量的问题。
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