溶剂效应

✍ dations ◷ 2025-11-30 03:58:19 #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

  • 米兰大教堂米兰主教座堂(意大利语:Duomo di Milano;伦巴底语:Domm de Milan)位于意大利伦巴底大区米兰市中心的大教堂广场,是天主教米兰总教区的主教座堂。它从始建到建成共花费了六个世纪,是
  • 渣酿白兰地渣酿白兰地(意大利语:Grappa),是一种以葡萄为原料的蒸馏酒,源自于意大利北部,酒精含量介乎35%-60%。此种酒源自于公元八世纪,当时参与十字军东征之士兵,从波斯和地中海东部带来了蒸
  • 青岛出版社青岛出版集团为中华人民共和国的一家国有独资出版传媒集团,总部设于青岛市,前身为1987年成立的青岛出版社。1987年1月12日,青岛出版社成立,同年3月19日定位局级事业单位,加挂“青
  • 杰拉尔德·埃德尔曼杰拉尔德·埃德尔曼(Gerald Maurice Edelman,1929年7月1日-2014年5月17日)是一位美国生物学家。由于关于免疫系统的研究,而获得了1972年的诺贝尔生理学或医学奖。东京工业大学教
  • 原花青素原花青素(英语:Proanthocyanidins)是一类黄烷醇单体及其聚合体的多酚化合物。其共同的特点是在酸性介质中加热均可产生花青素,故被称为原花青素。原花青素是植物中一种色素成分,
  • 中山庆子中山庆子(日语:中山 慶子/なかやま よしこ ;1836年1月16日-1907年10月5日),是明治天皇睦仁的生母,号中山一位局。她是权大纳言中山忠能(1809-1888)的次女,母亲是平户藩主松浦清(静山)的第
  • 怀平君怀平君(韩语:회평군,1827年-1844年),名李明(韩语:이명),本名李元庆(韩语:이원경),是全溪大院君长子,朝鲜哲宗异母兄,母亲完阳府大夫人崔氏。1844年(朝鲜宪宗10年),中人出身官员闵晋镛欲推戴怀平
  • 刘靖基刘靖基(1902年9月15日-1997年2月15日),江苏常州人,中华人民共和国政治人物。早年担任上海裕靖棉织厂任经理、常州大成纱厂经理。1938年,任安达纱厂董事总经理。1942年,任上海棉纺同
  • 哈药集团哈药集团 (英语:Harbin Pharmaceutical Group Co., Ltd., 上交所:600664)是一家中国制药公司,总部在哈尔滨。前身是哈尔滨医药集团股份有限公司,创建于1989年,旗下有哈药股份和三
  • 条纹斑竹鲨条纹斑竹鲨(学名:),又名斑竹狗鲛,俗名狗鲨,为软骨鱼纲须鲨目天竺鲨科斑竹鲨属的一种。本鱼分布于印度-西太平洋区,包括波斯湾、阿拉伯海、孟加拉湾、安达曼海、东南亚、新几内亚、中国南海和东海、台湾、日本等海域。该物种的模式产地在苏门答腊。水深1至30米。本鱼体呈圆柱形,稍平扁。眼睛椭圆形,鼻孔缘具短而尖凸之须,具鼻褶与口鼻沟。体呈灰褐色,体侧具12至13条暗色横纹,体侧及各鳍另具有许多淡色斑点。体长可达69公分。本鱼主要栖息在沿海礁沙混合且海藻丛生的海床,行动缓慢。肉食性,以底栖无脊椎动物及小鱼为食。卵生。