大环疏水效应: 冠醚在DMF+H2O混合物中的焓对作用

利用等温滴定微量热法测定了298.15 K时12-冠-4、15-冠-5、18-冠-6和4,13-二氮杂-18-冠-6四种冠醚在纯水及不同质量分数(w=0-0.3)的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)+H₂O混合物中的稀释焓, 根据McMillan-Mayer理论计算得到相应的焓对作用系数(h_xx). 实验发现, h_xx均为较大的正值, 表明在冠醚-冠醚自相互作用中疏水性成分占绝对优势, 主要表现为两种机制: (1) 当疏水-疏水作用发生时, 共球交盖使得水结构形成减少, 对h_xx有正的贡献; (2) 当疏水-亲水作用发生时, 共球交盖使得水结构破坏增加, 对h_xx有正的贡献. 此外, 四种冠醚h_xx的大小关系为: h_xx(18-冠-6)>h_xx(4,13-二氮杂-18-冠-6)≈h_xx(15-冠-5)>h_xx(12-冠-4), 表明冠醚环越大, 疏水-疏水作用越强, 存在显著的大环疏水效应.     

α-氨基丁酸对映异构体在DMF+水混合溶剂中的焓对作用

利用等温滴定微量热法(ITC)分别测定了298.15K时L-α-氨基丁酸和D-α-氨基丁酸两种对映异构体在不同组成的二甲基甲酰胺(DMF)+水混合溶剂中的稀释焓.根据统计热力学的McMillan-Mayer理论计算各溶剂组成下的同系焓对作用系数(hxx).从溶质-溶质和溶质-溶剂相互作用的观点出发探讨了三元水溶液中疏水-疏水、疏水-亲水和亲水-亲水作用的竞争平衡.实验发现,在所研究的混合溶剂组成范围内(wDMF=0-0.3),α-氨基丁酸两种对映体的hxx都是较大的正值,且都随wDMF的增大而逐渐减小,而有趣的是L型对映体的hxx值普遍比D型的大(hLLhDD),说明ITC可以区分对映异构体的同手性焓对作用.结果表明:在α-氨基丁酸+水+DMF三元溶液体系中,疏水-疏水和疏水-亲水作用在分子对作用过程中占优势;在α-氨基丁酸的同种对映体发生分子对作用时,L-L分子对比D-D分子对在构型上更有利于α-碳上疏水侧链(CH3CH2-)的靠拢,疏水基团的水合壳层发生交盖,局部破坏而释放出部分结构化的水,过程自发、吸热且伴随显著熵增(ΔG0,ΔH0,ΔS=(ΔH-ΔG)/T0),因而在稀释时释放出更多热量,hxx具有较大的正值.