溶剂效应

✍ dations ◷ 2025-12-09 00:41:33 #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

  • 岐阜大学岐阜大学(ぎふだいがく、Gifu University),是一所位于岐阜县岐阜市的日本国立大学。Nigel Ward 日本大学排名:第25名(研究经费·论文引用率·入学难易度·声望)
  • 早安越南《早安越南》(英语:Good Morning, Vietnam)是1987年上映的美国战争喜剧片,由罗宾·威廉斯主演、米奇·马科维兹(英语:Mitch Markowitz)担任编剧、巴瑞·李文森执导。剧中以诙谐的方
  • 公益金融公益金融,又称社会金融(英语:Social finance),是一种区别于传统金融模式的新型投资及财富管理方式 。公益金融注重在产生经济回报的同时也为社会带来福祉,例如,提升环境质量、帮助
  • 陈毓川陈毓川(1934年-),生于浙江平湖,祖籍宁波,中国矿产地质工程专家,中国工程院院士。祖籍浙江宁波,1934年12月7日生于浙江平湖乍浦镇。1952年,考入南京大学地理系。1953年,被选派留学苏联
  • 格拉斯卡克县 (佐治亚州)坐标:33°14′32″N 82°37′36″W / 33.2422994°N 82.6267345°W / 33.2422994; -82.6267345格拉斯卡克县(英语:Glascock County)是美国乔治亚州东部的一个县。面
  • 约翰·杜尔约翰·杜尔(英语:L. John Doerr,1951年6月29日-),生于美国密苏里州圣路易,美国籍企业家,美国加利福尼亚州硅谷门洛帕克KPCB的创业投资家和风险投资商。在2009年2月,杜尔被任命为President's Economic Recovery Advisory Board的一员,给总统和他的行政部提供建议和咨询,试图解决美国经济衰退的问题。 2013年3月,《Forbes》评选杜尔为全球第527位最富有的人,总财富为27亿美金。在2019年美国400富豪榜,他以75亿美元的资产,排名第6
  • 布拉格天文钟布拉格天文钟(捷克语:Pražský orloj,.mw-parser-output .IPA{font-family:"Charis SIL","Doulos SIL","Linux Libertine","Segoe UI","Lucida Sans Unicode","Code2000","Gentium","Gentium Alternative","TITUS Cyberbit Basic","Arial Unicode MS","IPAPANNEW","Chrysanthi Unicode",
  • 刘旺刘旺(1969年3月25日-),男,汉族,中国山西省平遥县人,是一名中国航天员,以最高荣誉毕业于空军飞行学院,于1998年成为神舟计划第一批航天员14人中年龄最小的一员。现为中国人民解放军航天员大队特级航天员,少将军衔。2012年6月16日,刘旺搭乘神舟九号飞船飞天执行任务,岗位01,并于6月24日完成中国首次手控交会对接任务。刘旺出生于山西省平遥县南政乡东游驾村的农村家庭,因家境生活紧张关系,在1988年8月选择入伍,进入空军长春飞行学院受训,毕业后成为空军飞行员。当时,凭着四年全优的成绩,空军向他颁发
  • 尼古拉·利亚先科尼古拉·格里戈利耶维奇·利亚先科(俄语:Никола́й Григо́рьевич Ля́щенко,1910年5月29日-2000年10月10日),苏联红军大将,在冷战中期历任苏军伏尔加军区司令员、突厥斯坦军区司令员、中亚军区司令员。曾参加西班牙内战,并在苏德战争中指挥部队对抗纳粹德国。他是苏联英雄称号获得者,并曾获颁朱可夫勋章(英语:Order of Zhukov)、列宁勋章、十月革命勋章、红旗勋章、苏沃洛夫勋章、库图佐夫勋章、卫国战争勋章、红星勋章、在苏联武装力量中为祖国服务勋章、弗拉基米尔·伊里奇
  • 楼班楼班(?-207年),东汉末年辽西郡乌桓(乌丸)族的酋长。其父丘力居单于去世后,楼班年幼,由丘力居的从子蹋顿代为单于。总领右北平、渔阳、上谷三郡的乌桓。楼班长大后,被上谷郡乌桓大人难楼、辽东属国乌桓大人苏仆延奉立为单于,蹋顿退位为王。楼班和蹋顿在汉末群雄争霸中,依靠袁绍。袁绍的儿子袁熙、袁尚被曹操击败,投靠乌桓。207年,曹操亲征乌桓,斩杀蹋顿。袁熙、袁尚、楼班、苏仆延、右北平郡乌桓大人和乌延都投靠了辽东郡太守公孙康,然而公孙康将他们全部杀死,首级献给曹操。