油水分配系数（LogD）：定义、检测方法与实验要点
一、LogD 的定义与意义
油水分配系数（LogD） 是化合物在油相（通常为辛醇）和水相（缓冲溶液） 中分配平衡时的浓度比值的对数（以10为底）。其数学表达式为： \text{LogD} = \log_{10} \left( \frac{[\text{化合物}]_{\text{辛醇}}}{[\text{化合物}]_{\text{水}}}} \right) 与 LogP（仅针对中性分子）不同，LogD 考虑了化合物在特定pH值下的解离状态，因此更适用于预测药物在生理pH环境（如肠道pH 6.5–7.4）中的脂溶性和渗透性。
重要性：
- 药物吸收预测：高 LogD 值（>1）预示更好的细胞膜穿透能力（如肠道吸收）。
- 血脑屏障穿透：LogD 是评估药物能否进入中枢神经系统的关键参数。
- 代谢与毒性：影响药物在肝脏的代谢速率及潜在组织蓄积毒性。
- 制剂设计：指导辅料选择以提高难溶性药物的生物利用度。
二、核心检测项目与方法
1. 检测目标
- LogD<sub>pH</sub>：在指定 pH（通常为 pH 7.4）下测定，模拟生理环境。
- pH-Profile LogD：测定不同 pH（如 3.0–10.0）下的 LogD 值，绘制曲线以分析解离行为。
2. 标准检测方法
(1) 摇瓶法（Shake-Flask Method）
- 原理：化合物在辛醇-水缓冲体系中振荡平衡后，分离两相并定量分析浓度。
- 流程：
- 配制辛醇饱和的水及水饱和的辛醇（预平衡24小时）。
- 加入化合物至双相体系，恒温振荡（如25°C, 2小时）。
- 离心分离两相，HPLC/UV/LC-MS 分别测定水相和辛醇相浓度。
- 优点：结果准确，适用广（包括离子化合物）。
- 缺点：耗时、易乳化、低溶解度化合物误差大。
(2) 高效液相色谱法（HPLC法）
- 原理：通过化合物在反相色谱柱（C18）上的保留时间推算 LogD。
- 流程：
- 使用已知 LogD 的化合物建立校正曲线（保留时间 vs LogD）。
- 在相同条件下测定目标化合物的保留时间，代入曲线计算。
- 优点：快速、高通量、避免相分离问题。
- 缺点：需校正模型，对强极性/离子化合物准确性较低。
(3) pH滴定法（仅适用可电离化合物）
- 原理：通过滴定曲线结合 Henderson-Hasselbalch 方程计算 LogD。
- 适用：弱酸/弱碱类药物，可同时测定 pKa 和 LogP。
三、关键实验参数与质量控制
检测项目设置要点：
质量控制（QC）项目：
- 平衡验证：重复测定确认浓度无时间依赖性变化。
- 质量守恒：两相中化合物总回收率应达 95–105%。
- 对照品：使用已知 LogD 的标准物（如咖啡因 LogD<sub>7.4</sub>=−0.07）校准系统。
- 重复性：至少3次独立实验，RSD < 10%。
四、数据解读与常见问题
典型结果分析：
- LogD<sub>7.4</sub> < 0：高亲水性，难跨膜（如抗生素阿替洛尔 = -1.23）。
- LogD<sub>7.4</sub> = 1–3：理想药物范围（如普萘洛尔 = 1.16）。
- LogD<sub>7.4</sub> > 3：强亲脂性，可能蓄积于脂肪组织（如环孢素 = 2.92）。
常见误差来源：
- 乳化现象：过度振荡导致相分离困难 → 优化振荡速度或添加离心步骤。
- 吸附损失：化合物吸附于容器壁 → 使用硅烷化玻璃或低吸附材料。
- 溶剂纯度：辛醇含杂质 → 使用HPLC级溶剂并预饱和。
- pH漂移：缓冲容量不足 → 使用高浓度缓冲液（≥0.1 M）。
五、现代自动化解决方案
- 高通量平台：如摇板法（96孔板格式） 结合 LC-MS 检测，每日可处理数百样品。
- 仪器化方法：使用 Potentiometric SST（表面张力传感器） 直接测定 LogD，无需相分离。
- 软件预测：ADMET预测工具（如ACD/Percepta, ChemAxon）可辅助实验设计。
结论
LogD 是药物研发中不可或缺的理化参数，其检测需严格把控 pH 环境、相平衡、分析方法三大核心环节。摇瓶法仍是金标准，而HPLC法与高通量平台更适用于早期筛选。通过标准化操作与QC流程，可确保 LogD 数据准确指导分子设计与制剂开发。
参考文献： OECD Guideline 107, USP 〈1236〉, "Lipophilicity in Drug Discovery" (2016, Wiley-VCH)