晶体的基本性质

晶体的基本性质
自限性：晶体具有自发形成几何多面体形态的性质，这种性质成为自限性。

2、均一性和异向性：因为晶体是具有格子构造的固体，同一晶体的各个部分质点分布是相同的，所以同一晶体的各个部分的性质是相同的，此即晶体的均一性；同一晶体格子中，在不同的方向上质点的排列一般是不相同的，晶体的性质也随方向的不同而有所差异，此即晶体的异向性。

3、最小内能与稳定性：晶体与同种物质的非晶体、液体、气体比较，具有最小内能。

晶体是具有格子构造的固体，其内部质点作规律排列。

这种规律排列的质点是质点间的引力与斥力达到平衡，使晶体的各个部分处于位能最低的结果。

溶剂的选择方法
溶剂的选择运用溶剂提取法的关键，是选择适当的溶剂。

溶剂选择适当，就可以比较顺利地将需要的成分提取出来。

医学教育网搜集整理了溶剂的选择方法内容供大家参考，助大家顺利通过初级中药师考试。

选择溶剂要注意以下三点：①溶剂对有效成分溶解度大，对杂质溶解度小；②溶剂不能与中药的成分起化学变化；③溶剂要经济、易得、使用安全等。

1）水：水是一种强的极性溶剂。

中草药中亲水性的成分，如无机盐、糖类、分子不太大的多糖类、鞣质、氨基酸、蛋白质、有机酸盐、生物碱盐及甙类等都能被水溶出。

为了增加某些成分的溶解度，也常采用酸水及碱水作为提取溶剂。

酸水提取，可使生物碱与酸生成盐类而溶出，碱水提取可使有机酸、黄酮、蒽醌、内酯、香豆素以及酚类成分溶出。

但用水提取易酶解甙类成分，且易霉坏变质。

某些含果胶、粘液质类成分的中草药，其水提取液常常很难过滤。

沸水提取时，中草药中的淀粉可被糊化，而增加过滤的困难。

故含淀粉量多的中草药，不宜磨成细粉后加水煎煮。

中药传统用的汤剂，多用中药饮片直火煎煮，加温可以增大中药成分的溶解度外，还可能有与其他成分产生"助溶"现象，增加了一些水中溶解度小的、亲脂性强的成分的溶解度。

但多数亲脂性成分在沸水中的溶解度是不大的，既使有助溶现象存在，也不容易提取完全。

如果应用大量水煎煮，就会增加蒸发浓缩时的困难，且会溶出大量杂质，给进一步分离提纯带来麻烦。

中草药水提取液中含有皂甙及粘液质类成分，在减压浓缩时，还会产生大量泡沫，造成浓缩的困难。

通常可在蒸馏器上装置一个汽一液分离防溅球加以克服，工业上则常用薄膜浓缩装置。

医学教育网
2）亲水性的有机溶剂：也就是一般所说的与水能混溶的有机溶剂，如乙醇（酒精）、甲醇（木精）、丙酮等，以乙醇最常用。

乙醇的溶解性能比较好，对中草药细胞的穿透能力较强。

亲水性的成分除蛋白质、粘液质、果胶、淀粉和部分多糖等外，大多能在乙醇中溶解。

难溶于水的亲脂性成分，在乙醇中的溶解度也较大。

还可以根据被提取物质的性质，采用不同浓度的乙醇进行提取。

用乙醇提取比用水量较少，提取时间短，溶解出的水溶性杂质也少。

乙醇为有机溶剂，虽易燃，但毒性小，价格便宜，来源方便，有一定设备即可回收反复使用，而且乙醇的提取液不易发霉变质。

由于这些原因，用乙醇提取的方法是历来最常用的方法之一。

甲醇的性质和乙醇相似，沸点较低（64℃），但有毒性，使用时应注意。

第四章溶剂选择
I.介绍
选择适当的溶剂可以提高反应速率，提高反应的可重复性和操作的便利性，并且能够确保目标产物的质量和产率。

另外，从减少浪费以及溶剂的有效回收和重复使用上来说，溶剂的选择也是相当重要的。

以上这些都对合成产品的生产效率和生产成本有着直接的影响。

在研发的早期阶段，以任何方式提供的原料都是至关重要的，而溶剂的正确选择是为了能够保证在规定时间内，在难度最小化的条件下得到目标产物。

对于溶剂的分类，溶剂化，以及重要的物理参数的简单讨论如下，更多细节请参阅Reichardt关于溶剂的文章[1]。

I.A. 溶解性和主要溶剂的性质
溶剂的许多性质取决于其官能团。

溶剂的类别包括
•质子性溶剂，或氢键供体的溶剂（HBD，路易斯酸），例如，H2O，NH3，CH3OH和AcOH；•氢键受体的溶剂（HBA，路易斯碱），比如，H2O，Et3N，EtOAc，THF，NMP（N-甲基吡咯烷酮）和丙酮；
•极性非质子溶剂，或称为“非羟基溶剂”，例如，DMSO和DMF；
•氯代烷烃和氟代烷烃溶剂；
•饱和烃类和不饱和烃类溶剂[1]。

当溶质被分散在溶剂中，它们就叫做被溶解。

溶解，即每一个被分散的分子或者离子的周围都被溶剂分子紧密约束着。

被分散在水中的分子或者离子叫做被水合。

溶解可以是一个吸热的过程，也可以是放热的过程；类似的，结晶也可以是吸热或者放热的过程。

（实验室中的结晶过程的放热现象可能不易被注意到,但是在放大生产时,结晶过程中反应釜的温度升高1-2℃是很普遍的）。

溶剂化的程度随着离子电荷的增大和离子半径的减小而增大。

不同溶剂的离子溶剂化值（包围一个溶质分子的溶剂分子数）不同。

例如，Li+在环丁砜中的离子溶剂化值为1.4，在甲醇中上升至7，在乙腈中为9，在水中达到21[1]。

溶剂化程度能够影响反应性。

在相转移催化剂下产生裸露的阴离子只能最低限度的在有机溶剂中溶剂化，其反应性比高溶剂化的离子要大得多。

极性非羟基溶剂，例如DMSO，能够将阳离子溶剂化，但C-H键不能被极化成为明显的溶剂化阴离子。

因此，DMSO作为溶剂能够使NaCN以及其他亲核试剂的反应加快[2]。

“相似相溶”仍然是选择溶剂过程中的着手点。

有时混合溶剂对某种化合物的溶解性比单一溶剂要好得多（见图4.8）。

不同的溶剂可以分别将分子的各个部分溶剂化。

提示：利用从混合溶剂体系到优势体系溶解度的差别。

假设一个化合物能够溶解在丙酮-水体系中，但在水中不溶。

重结晶时可以将其溶解在丙酮-水中，丙酮挥发之后可以结晶出固体。

在定量和预测溶剂溶解分子的能力方面已经作出了许多的努力。

介电常数εr是一个用来衡量溶剂极性的参数，即“衡量一种物质放入电容器极板之间后使电势降低的能力”[3]。

具有强极化能力的溶剂导电性好且具有较高的介电常数。

介电常数是相对于真空测量的（真空的介电常数为1.0），常用溶剂的介电常数在2（环己烷）-80（水）的范围内。

也发现了一些高介电常数的化合物，例如，N-甲基甲酰胺的介电常数位182.4，甲酰胺的介电常数为111；但是，这些化合物的反应性将限制其作为溶剂应用于有机反应中.
Reichardt修订的光谱体系用于衡量溶剂的极性。

相对于Betaine dye 1 (图4.1)激发态，溶剂化的增强能够更大程度上稳定其基态，基态和激发态的差值E T N在1.00（水）到约0.006（环己烷）得范围内。

I.B. 主要溶剂的物理性质
化学工作者关注合成工艺的安全性，放大反应的可靠性,所以了解溶剂重要物理性质对于选择和使用溶剂是至关重要的。

其他参考书上也提供了溶剂理化性质详细的信息[4,5]。

II．根据物理性质选择溶剂
溶剂的选择通常是基于溶剂与反应物的兼容性。

合成工艺的化学工作者能够很快的甄除那些能够与反应物发生化学反应的溶剂，比如，向反应物的甲醇溶液中加入n-BuLi，会产生弱碱性的LiOMe（剧烈放热！），从而不能生成预期的去质子化的反应底物。

DMF可以与NaH[6]和NaBH4[7，8]在50°C发生放热反应。

如果反应物与溶剂发生的反应不会对整个反应体系造成不良影响，该溶剂也可以被用于此反应，例如，即使NaBH4和乙醇可以发生反应（产生H2），如果使用过量的NaBH4进行还原反应，仍然可以使用乙醇做溶剂，而副产物NaHB(OEt)3, NaH2B(OEt)2, NaH3B(OEt)就是它们自身的还原产物。

N O
图4.1.Dye用于计算溶剂化参数E T N
表4.1. 用于放大反应的溶剂的主要物理性质
参数参考因素
极性必须符合并且能够促进预测的化学反应
凝固点对低温下进行的反应有限制
沸点高沸点溶剂可以增加反应的温度范围，避免使用高压设备。

低沸点溶
剂在蒸馏过程中容易移除，但完全冷凝其蒸汽相对困难。

闪点可燃性液体挥发出的蒸汽与空气形成可燃混合物的最低温度。

低沸点
的化合物通常具有低闪点。

使用任何闪点低于15℃的液体都必须考
虑到其可燃的危险性，准备适当的预防措施。

a
生成过氧化物主要发生在醚类溶剂中；在酮，胺和仲醇中较慢；在可能产生过氧化
物的溶剂中的反应，应该进行密切监控。

b
粘性带有较大粘性的溶剂会减慢过滤速度,例如:iPrOH。

与水混溶性与水混溶性差的溶剂适合萃取处理。

共沸性放大需无水条件的反应，可以利用共沸除水干燥溶剂和反应设备；控
制水的含量对提高结晶效率至关重要；利用共沸还可以除去其他化
合物。

暴露时间TLVs（见第三章）。

a Vogel’s Textbook of Practical Organic Chemistry, 5th ed.; Furniss, B. S.; Hannaford,A. J.; Smith, P.W. G.; Tatchell,A. R., Eds.;Addison Wesley Longman: Essex, England, 1989, p. 40.
b Kelly, R. J.,“Review of Safety Guidelines for Peroxidizable Organi
c Chemicals.” Chemical Health & Safety September/October 1996, 28.
除了能与反应物发生反应的溶剂，还有众多溶剂能够适用于放大反应。

II.A. 不适合放大反应的溶剂
通常用于实验室的许多溶剂却很少用于工业化的放大反应，表4.2列出了此类溶剂，包括其缺点和可以替换的溶剂。

即使某种溶剂可以用于放大反应，也必须与其他溶剂进行对比其优越性，考虑到其他溶剂操作繁琐，成本增加，时间延长以保护操作者和设备等劣势，这些都是在放大反应中降低生产力，提高生产成本的影响因素。

在放大反应过程中使用具有危害的溶剂和试剂会造成很大的影响，比如使用苯，众所周知苯是致癌物，正是由于笨的毒性要求操作者必须穿防护服并且给予新鲜空气，还应当控制其排放及泄露，这些要求必须在任何放大反应操作之前做好准备。

在反应开始操作时，可能需要更多的人手确保操作的安全进行，反应过程中需要检测苯蒸汽含量水平，放大反应操作结束后，操作者应当小心脱去可能被污染的防护服并且冲洗。

防护操作者的任何设备都必须具有通过苯暴露水平的完整检测结果。

图4.2中的傅-克反应，最初在实验室规模时以苯做溶剂进行[9]；工业化生产2时，只用了几当量的苯作为混合溶剂以减少大量使用苯的危险[10]。

O N
CO2H
OSO2CH
3
+
3.6 AlCl3
solvent, 10o C
(75%)O
N
CO2H
2
图4.2. 苯作溶剂的傅-克反应
表4.2. 放大反应中不常用的溶剂
溶剂不良性质可替换溶剂
Et2O 易燃性MTBE
(iPr)2O 易生成过氧化物MTBE
HMPA(hexaethyl phosphortriamide) 毒性N-Methyprrolidinone(NMP)
N-Ethylpyrrolidinone(NEP)
Pentane 易燃性Heptane
Hexane 静电易燃，神经毒性Heptane
Benzene 毒性PhCH3
CHCl3 诱发突变，环境不友好CH2Cl2
CCl4 诱发突变，环境不友好CH2Cl2
CS2 易燃性，毒性?
ClCH2CH2Cl 致癌性CH2Cl2
Ethylene glycol 毒性1,2-Propanediol HOCH2CH2OR (R=Me
or Et, the cellosolves)
毒性1,2-Propanediol 1,2-Dimethoxyethane
(glyme)
致畸性Diehoxymethane 1,4-Dioxane 致癌性Diehoxymethane
Liquid ammonia bp -33℃，使用液体时需
要特殊的设备Et2NH (bp 55℃) EtNH2 (bp 17℃)
II.B. 适用于放大反应的溶剂
选择溶解某种物质的最佳溶剂，应使其在整个反应过程及反应温度下保持液体状态，可以与适量的水互溶。

溶剂的选择必须遵循安全及易于操作的原则。

表4.3中列出适于放大反应的溶剂性质。

溶剂的具体应用将在本章第四节进行讨论。