溶剂效应

✍ dations ◷ 2025-11-28 19:39:41 #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

  • 光纤光导纤维(英语:Optical fiber),简称光纤,是一种由玻璃或塑料制成的纤维,利用光在这些纤维中以全内反射原理传输的光传导工具。微细的光纤封装在塑料护套中,使得它能够弯曲而不至于
  • 风毛菊见本文。风毛菊属(学名:Saussurea)是菊目菊科下的属,包括200多种植物,其中最为著名的物种是雪莲(Saussurea involucrata)。
  • 硫酸钒 (消歧义)硫酸钒是钒的硫酸盐,它可以指:
  • 高雄市立小港医院高雄市立小港医院位于高雄市小港区,被行政院卫生署评鉴为“区域教学医院”,现任院长为郭昭宏先生,目前高雄市政府委托高雄医学大学经营。
  • 欧阳模欧阳模(1535年-1607年),字宏甫,福建泉州府南安县人,明朝政治人物。福建乡试第二十四名。嘉靖三十八年(1559年)己未科进士。历官宝庆府知府,升广西副使。曾祖欧阳夏;祖父欧阳镐,义官;父欧
  • 罗弄万国村坐标:1°23′0″N 103°52′41″E / 1.38333°N 103.87806°E / 1.38333; 103.87806罗弄万国村(英语:;爪夷文:كامڤوڠ لوروڠ بواڠكوق‬)是一个位于新加坡后港万
  • 马宗琏马宗琏(1757年-1802年10月25日),字鲁陈,一字器之。安徽桐城县(今桐城市)人。清代官员、作家。姚鼐之甥。生于乾隆二十二年(1757年),少事其舅姚鼐学文词,后受学于邵晋涵、任大椿、王念孙
  • 大卫·奥布里大卫·奥布里(法语:David Aubry,1996年11月8日-)来自圣日耳曼昂莱,是一名法国男子游泳运动员,主攻中长距离自由泳。他在大约七岁时开始接触铁人三项,后来由于没有足够的时间去练习,他放弃了铁人三项。进入高中后,他开始练习公开水域游泳。2015年年底,他开始师从Philippe Lucas教练。
  • 大洋洲语言学期刊大洋洲语言学期刊(Oceanic Linguistics)为一份同行评审的学术期刊,旨在报导大洋洲及部分东南亚原住民语之研究。内容包括了澳大利亚原住民语言、新几内亚巴布亚诸语言,以及南岛语系(或马来-波利尼西亚语族)等诸语系。 同范围之专题论文研究报导以“大洋洲语言学专刊”出版。本期刊是由"乔治·葛雷斯"(时任教于南伊利诺伊大学(英语:Southern Illinois University),之后任教于夏威夷大学)所创建。于1966年(第5卷)开始由夏威夷大学出版社出版。1992年,编辑工作交给"拜伦·
  • 井上正也井上正也(1979年7月-)是一名日本的政治学家,目前担任成蹊大学法学部教授。专门为日本政治外交史。出身地是大阪府堺市,1998年毕业于大阪府立泉阳高等学校,2002年毕业于神户大学法学部法律学科。2009年毕业于同大学的法学研究科博士后期课程,取得政治学博士学位。指导教官是五百旗头真,论文名为“台湾問題と戦後日本の中国外交:『二つの中国』をめぐる構想と政策、1951~72年”。2007-08年担任宾夕法尼亚大学历史系访问学者,2009年起担任神户大学法学研究科専任讲师,2010年起担任香川大学法学部准教