溶剂效应

✍ dations ◷ 2025-11-24 19:49:29 #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

  • 中枢神经中枢神经系统(英文:central nervous system,缩写:CNS)是神经系统中神经细胞集中的结构,在脊椎动物包括脑和脊髓;在高等无脊椎动物如环节动物和昆虫等,则主要包括腹神经索和一系列的
  • 古菌素古菌素(英语:archaeocin)系一类从古菌中分离出的,有潜力成为新型强效抗生素的物质。已部分或完全确认了8种古菌素的存在,但古菌素的数量应多达数百种,而且这里面有很大一部分应该
  • 日本战国时代战国时代,简称战国,是日本历史上的一个重要时期,一般是指1467年足利义政时期的应仁之乱(亦有始于明应之变的说法)开始的长达一百五十多年的政局纷乱及群雄割据的一段时期。最终,历
  • 珍珠港-希卡姆联合基地珍珠港-希卡姆联合基地(英语:Joint Base Pearl Harbor-Hickam)是相邻在夏威夷火奴鲁鲁的美国军事设施,这是一个融合了前美国空军希卡姆基地和美国海军珍珠港基地的美军设施,并于2
  • 韩鼎晋韩鼎晋(1760年-1831年),字树屏,四川长寿县人。清朝政治人物。乾隆六十年(1795年)乙卯恩科三甲进士。选庶吉士,散馆授翰林院检讨。嘉庆九年(1805年),改监察御史,上疏痛斥天主教流传之害,请
  • 沈秉成《吴中七老图》之沈秉成像,清·胡洤绘 现藏于南京博物院沈秉成(1823年-1895年),原名秉辉,字仲复,号听蕉,自号耦园主人,浙江归安(今湖州市)人,清朝政治人物,进士出身。道光二十九年(1849年),
  • 天主教奥卡尼亚教区天主教奥卡尼亚教区(拉丁语:Dioecesis Ocaniensis;西班牙语:Diócesis de Ocaña)是哥伦比亚一个罗马天主教教区,为新潘普洛纳总教区的附属教区。教区于1962年10月26日成立,包括北桑坦德省西北部和塞萨尔省南部,2004年时有教友352,137人(占辖区总人口84.3%)。教区下辖四十四个堂区,有六十七名司铎。教区主教现时出缺,荣休主教为乔治·亨利·洛萨诺-萨夫拉(西班牙语:Jorge Enrique Lozano Zafra)。
  • 白晓云白晓云(1973年6月16日-)是中国退役短跑运动员,精于400米赛跑。她是如今1600米接力赛跑的亚洲纪录保持者,时间为3分24.28秒,于1993年9月在北京与曹春英、安晓红和马玉芹一同获得。
  • 永岛圣罗永岛圣罗(日语:永島 聖羅/ながしま せいら  */?,1994年5月19日-)是日本女性电视艺人及演员,为偶像组合乃木坂46前成员,爱知县碧南市出身。现所属经纪公司为Horipro。永岛于1994年5月19日出生,成长于爱知县碧南市。她于高中2年级时在友人的提议下,抱着姑且一试的心态报名了乃木坂46一期生面试。2011年8月21日,永岛于乃木坂46一期生​​甄选合格,最终征选时她选择演唱的歌曲是川嶋爱的《My Love》。最终征选后同时发表暂定选拔成员,永岛圣罗因未有成为选拔成员,作为候补成员开始活动。
  • Wordle《Wordle》是乔什·沃德尔(Josh Wardle)编写的网页文字游戏(英语:word game)。在《Wordle》中,玩家要在一天内用六次机会内猜中某个有五字英文字母的词汇。每次尝试后,玩家可能得到三种反馈:绿色表示字母位置正确;黄色表示答案包含该字母但位置错误;灰色表示答案没有该字母。这种玩法和珠玑妙算 (Mastermind)之类的游戏相似,但《Wordle》会明确指出哪些字母猜中了。沃德尔曾在Reddit上创作了社会实验《Place》和《The Button》。之后,他设计了《Wordle》