溶剂效应

✍ dations ◷ 2025-12-06 03:33:41 #溶剂效应

溶剂效应是指溶剂所产生的一连串化学反应,会影响主要化学反应的反应速率、反应平衡、溶解度、稳定性甚至是反应机理;换而言之,化学反应中的热力学和动力学可借由选择适当溶剂来控制。

溶质在溶剂中溶解时会与溶剂产生相互作用,其过程称为“溶剂化(solvation)”,取决于双方(指溶质和溶剂)的自由能 (free energy)变化,而自由能在反应中受多个因素影响。溶质溶解在溶剂中的过程,即溶剂化。

进行溶剂效应的静态模拟时,我们将焦点放在溶剂效应的两个主要作用上:一是短程作用,是指溶剂和溶质分子的反应中心所产生的相互作用(如:配位键、氢键的形成等);另一个是远程作用,极性溶剂、溶质分子两个偶极距间的静电相互作用。

在进行静态模拟可使用的三种溶解模型:

短程作用的模拟,大多采用QM法(QM methods),研究溶剂分子的活性中心,考虑键的生成对反应区域和反应过渡态结构和能量的影响。

远程作用需要考虑较多变因,故需要借助物理模型来做近似处理;连续介质(Continuum)模型有很多,其中常用的是极化连续介质模型(Polarized Continuum Model, PCM)。PCM最早于1981年由Tomasi教授(意大利比萨大学)提出 。

溶剂效应涉及到三个概念溶剂空腔形成(cavity formation)、分散排斥(dispersion-repulsion)和静电交互作用(electrostatic interaction)

以上三大概念所提到的能量增减总和即为溶剂化自由能(free energy of solvation)。

不同的溶剂可能会因为反应物及产物的稳定性差异而影响反应的平衡常数,反应会朝向产物较稳定的方向平衡。反应物或产物可利用任何与溶剂所产生的非共价相互作用(如氢键、偶极-偶极相互作用、凡得瓦力等作用)来提升稳定性。

酸或碱的电解平衡会受溶剂变化影响。但溶剂不仅仅是受其酸性或碱性影响,同时也受到其介电常数(dielectric constant)和其优先溶剂化(preferentially solvate)影响,而使特定反应的酸碱平衡较稳定;换而言之,即溶解能力及介电常数的变化皆可以影响的溶液的酸碱值。

在上表中可以看出水是极性最大的溶剂,第二为DMSO,最后为氰化甲烷。

再思考下面的酸离解公式:

水是上表中极性最大的溶剂,相较于二甲基亚砜或氰化甲烷,水使得离子化的物质能产生更高的稳定度;由此可知,水中的酸性会比二甲基亚砜或氰化甲烷来得低,如下表中可看出,pKa值在25℃时之值为氰化甲烷(ACN)>二甲基亚砜(DMSO)>水。

各种1,3 - 二羰基化合物(1,3-dicarbonyl compounds)可以透过互变异构物(tautomeric forms)的形式存在,如图所示。

1,3 - 二羰基化合物最常在环烯醇(cyclic enol)(为顺式异构体)和二酮(diketo)这两种结构间互相转换。

互变异构作用的平衡常数如下:

K T = {displaystyle {mathbf {K} }_{mathrm {T} }={frac {}{}}}

溶剂对乙酰丙酮(Acetylacetone)互变异构的平衡常数之影响如下:

相关

  • 止痛剂镇痛药(Analgesic)是指能缓解痛的一类药物。该词起源于希腊语中的"an"(意即“没有”)和"algos"(意即“痛”)。镇痛药通过不同的机理作用于中枢和周围神经系统,对痛觉中枢有选择性抑
  • 3-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸(英语:3-phosphoglycerate, 3PG或glycerate 3-phosphate GP)是生物细胞中常见的分子之一,也是糖解作用与卡尔文循环过程里的中间产物。(注:在卡尔文循环当中简写为PG
  • 光分光分(英语:light-minute),符号lm,指光在真空中一分钟所行走的距离,1光分等于17987547.48千米。
  • 肖恩·埃利斯肖恩埃利斯 (Shawn Ellis) 是英国动物研究员。他因为曾经和狼群同住,甚至收养一群被遗弃的幼狼群而著名。国家地理频道就此等题材为他拍一套纪录片,美国版称为《狼群中的人》(
  • 琉球藩以下是与本页面相关的转换组:地理 · 君主 历史年表琉球藩(日语:琉球藩/りゅうきゅうはん  */?)是日本明治初期在现在的冲绳县所设的藩。1872年,日本宣布琉球国为“日本领土”,
  • 虚拟联合目录虚拟联合目录又称为分散式联合目录并不是建置一个真实的联合目录系统,而是透过虚拟目录的运作,将各图书馆的馆藏书目数据库结合。使用者利用此界面,输入一次的检索指令,即可同时
  • 上阿德沙伊特尔山坐标:47°02′33″N 12°15′08″E / 47.042586°N 12.252084°E / 47.042586; 12.252084上阿德沙伊特尔山(德语:Hoher Aderscheitel),是奥地利的山峰,位于该国西部,由蒂罗尔州负责
  • 卡里姆·阿布德山米卡里姆·阿布德山米(Karim Abdelsamie,1995年2月16日-)是一名埃及轻艇运动员,主攻男子单人爱斯基摩艇项目。他曾获得2016年非洲轻艇锦标赛男子单人爱斯基摩艇200米季军。
  • 达飞安德罗美达级货柜船达飞安德罗美达级货柜船(英语:class container ship)是韩国造船商现代重工为法国达飞海运集团建造的12艘货柜船系列。长363米,宽45.6米,吃水15.5米,最大容量为11388TEU,动力引擎为德国曼恩动力装置公司(英语:MAN Energy Solutions)所设计的MAN-B&W 12K98ME-C二行程12缸柴油发动机。首艘已于2009年3月8日交付并投入营运。
  • 伊尔-14运输机伊留申 Il-14(Ил-14)是苏联伊留申设计局研制的双发动机客机。北约命名为 Crate。用于替换苏联的里-2运输机。最初设计出的伊尔-12于1945年首飞。)但存在发动机失效后的滑翔降落(英语:Deadstick landing)性能差的问题。载荷仅18人,低于设计时的32人。伊尔-14做了重大改进。重新设计机翼,更宽的尾翼。滑翔性能更好。 两者外部最明显的区别就是垂直尾翼伊尔-12是三角形,伊尔-14是矩形;另外,伊尔-12的排气管外露,而伊尔-14的排气管在发动机包皮内。1950年首飞。1954