第4章 浮选药剂分子设计和混合用药

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用基团电负性为判据进行捕收剂分子设计
一、元素电负性的概念及计算
电负性是院元素性质的一种定量标度，表示元素非金属性大小。 电负性的概念出现较早，但定量计算则是在30年代提出的，许多 提出过不同的计算方法，其中主要有鲍林、密利根和高蒂等人的 方法。 1. 鲍林的电负性标度是用键能计算的，按鲍林的定义，电负性是分 子中原子将电子引向自己的能力。假如同原子分子的键能DAA与 DBB的算术平均值就是A和B之间正常共价键的键能，则实际的键 1 能DAB将总是大于此平均值，最多是相当，命其差为： E D D D
AB
2
AA
BB
鲍林认为ΔE代表实际键能偏离共价键能之值，应与A、B原子的电 负性差有关，其经验式为：
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应用同分异构原理合成氧化矿捕收剂
三、α-氨基-1,1-亚烷基二膦酸的同分异构体 烷基亚氨基二次甲基膦酸
前苏联用α-氨基-1,1-亚己基二膦酸与癸基亚氨基二次甲基膦酸浮 选单矿物结构如下图： 两类化合物的通式如下：
NH2 PO3H2 R C PO3H2 R N CH2PO3 H2 CH2PO3 H2
0.26 1.405
精矿 品位
32.61 30.86
回收 率
81.43 90.17
给矿 品位
0.25 1.01
精矿 品位
32.08 30.85
回收 率
81.22 87.88
H3 C AsO3 H2 H3 C H2 O3As CH2AsO3 H2
同系列同分异构体的浮选性能十分相 似的。合成较易于合成的同系列同分异构 体，代替难于合成的异构体，是设计新药 剂的一种可取方法。
S R O C SNa R N H C S SNa R S C S SNa

同电异素原理在药物化学中已获得广泛的应用和成功，用于浮选药剂的研究 也是可行的，例如黄药1925年用于浮选、二硫代氨基甲酸盐于1946年用于浮 选，1958年三硫代碳酸盐用于浮选。苯酚黑药与苯胺黑药也是同电异素体。
S O P SH O H N S P SH
从图中可以看出，二者对锡石的 浮选性能是极相似的，这又一次说明 同系列同分异构原理在寻找新捕收剂 方面是可取的。
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应用同分异构原理合成氧化矿捕收剂
四、烷基膦酸的同分异构体亚磷酸酯膦酸
烷基膦酸能浮选锡石，但合成方法比较复杂，不易制得价格便宜、 易于工业化的产品。烷基亚磷酸酯的合成工艺简单，有推广价值。 烷基胂酸和烷基亚磷酸酯通式如下：
C
O
CH2 (CH2)4
C S
S
S S
C
O
CH2
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用高等药物化学原理探讨浮选药剂分子设计
第二节 应用同分异构原理合成氧化矿捕收剂
一、同分异构原理的提出和发展 二、甲苯胂酸的同分异构体苄基胂酸 三、α-氨基-1,1-亚烷基二膦酸的同分异构体 烷基亚氨基二次甲基膦酸 四、烷基膦酸的同分异构体亚磷酸酯 五、烷基水杨醛肟的同分异构体烷基苯羟肟酸
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用高等药物化学原理探讨浮选药剂分子设计
二、同烯系原理(续)
苯甲胂酸与乙苯胂酸在分子结构中都有一个大π键共轭体系， 如：
H3C PO3H2 H3CH2C PO3H2
C H
C H
PO3H2
在苯胂酸分子结构中添加一个双键，分子增长了，变成了苯乙 烯胂酸，效果优于对-甲苯胂酸。根据同烯系原理可以推测苯乙 烯胂酸的捕收作用会优于对-甲苯胂酸。
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应用同分异构原理合成氧化矿捕收剂
二、甲苯胂酸的同分异构体苄基胂酸
甲苯胂酸有四种同分异构体，即对-甲苯胂酸、 邻-甲苯胂酸、间-甲苯胂酸和苄基胂酸，结构式如下：
H3 C AsO3H2
混合甲苯胂酸/% 矿石来源 江西浒坑黑钨细泥 大厂长坡选厂锡石
苄基胂酸/%
给矿 品位
CH3 CH2 N CH3 CH2 C SNa H2 C CH2 S H2 C CH2 N C SNa S
它们都可用作硫化矿的捕收剂，捕收性能都很好。
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用高等药物化学原理探讨浮选药剂分子设计
六、拼合原理
拼合原理的概念：合拼几种产品同一药理作用的不同类型 的基本结构来增强这种药理作用的强度，或者合拼几种产 生不同药剂药理作用的基本结构，使分子可以同时产生几种药理效应， 利用这种方法以增加药物治疗效能的理论。
浮选药剂方面，也有不少属于拼合原理的例子，例如黄药是硫化矿的有效捕 收剂，双黄药也是硫化矿的捕收剂，它们的结构式如下：
S R O C SNa R O C S S S S C
S C S S
O
S
R
•
从式中看出，双黄药是两个黄原酸的拼 合，拼合成的双黄药不单可浮选硫化矿，H2C O 对某些金属单体微粒，比黄药有更好的 (CH2)4 捕收作用。1974年有人成功地合成了四 黄药，用于浮选黄铜矿效果比黄药有很 H2C O 大提高，它的结构式如右：
OH R PO3H2 R OP OH
从癸基亚磷酸酯浮选锡石石英混合矿的试验结果可以看出， 锡石精矿品位随pH值的改变不 明显，均在75~77%间，而回收 率则在pH=2~3时为最高，达 95%以上，可见癸基亚磷酸酯可 以捕收锡石。
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应用同分异构原理合成氧化矿捕收剂
五、烷基水杨醛肟的同分异构体烷基苯羟肟酸
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浮选药剂分子设计
第一节 用高等药物化学原理探讨浮选药剂分子设计
1982年2月，见百熙应用蒋明谦著《高等药物化学》 中的六项原理，探讨浮选药剂分子设计。
1.同系原理 2.同烯系原理 3.同电异素
研究和认识 浮选药剂
4.同分异构原理 5.同型原理 6.拼合原理
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用高等药物化学原理探讨浮选药剂分子设计
二、同烯系原理
什么是同烯系原理？凡化合物具有A-(CH=CH)n-B的结构， 其间的差异是以-CH=CH-为单元的，叫做同烯系物。A与B两个不同 的功能团，能够通过-(CH=CH)n-链地传递而互相影响，正如A与B直 接连成A-B一样。这个原理在有机化学中一般叫做同烯系原理。在药 物化学中利用这个原理可以增长药物分子有效基团之间的距离，增加 药物的分子量并保持原有的药效不变。 对-甲苯胂酸、对-乙苯胂酸用作锡石捕收剂是浮选工艺上的一个突出 成绩。阻碍烷基苯胂酸在浮选工艺上使用最大的问题是制造困难、成 本高、产品收率低，一直到1970年左右才出现一个新药剂即苯乙烯胂 酸，现已在国际上普遍用为锡石捕收剂，它的出现实质上就是应用同 烯系原理的成功实例。
从苄基胂酸、烷基氨基二次 甲基膦酸、亚磷酸酯、苯甲羟肟 酸四种化合物的相应同分异构体 的讨论表明：同分异构原理去寻 找新捕收剂是可行的。
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第三节 用基团电负性为判据进行捕收剂分子设计
一、元素电负性的概念及计算 二、捕收剂基团电负性的计算 三、根据捕收剂基团电负性讨论结构与性能 四、用基团电负性研究捕收剂分子中烃基的长短 五、运用基团电负性理论计算设计JG系列捕收剂
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应用同分异构原理合成氧化矿捕收剂
一、同分异构原理的提出和发展
有相同的分子式而结构式不同的有机化合物，称为同分异构体， 有同分异构体关系的物质互称为同分异构体(物)。 指导合成浮选药剂的“同系列同分异构原理”的基本观点： 捕收剂对矿物的浮选性能，是其物理性质和化学性质的集中 表现，从1980年起，我们认为有相同功能团的同系列同分异构体， 它们的浮选性能也应相似；非同系列的同分异构体，没有相同的 功能团，浮选性能也相差很大；当捕收剂的功能团相似时，对矿 物应有相似的捕收作用。 在此原理指导下，曾经合成了对-甲苯胂酸的同分异构体苄基胂酸； 烷基-α-氨基-1,1-亚烷基二膦酸的同分异构体烷基亚氨基二次甲基 膦酸；膦酸的异构体亚磷酸酯；水杨醛肟的同分异构体苯甲基羟 肟酸。它们都是锡石、黑钨、氧化锌的有效捕收剂。
烷基水杨醛肟和烷基苯羟肟酸是同分异构体，关系如下：
OH
O
R C H NOH RC7H6NO2
OH NHOH R C NOH
R
C
它们有相同的分子式而结构式不同，但结构式相似，功能团也相 似，是结构相似的同分异构体，化学性质也相似，应有相似的捕 收性能。用合成的苯甲羟肟酸浮选菱锌矿，结果与水杨醛肟对比 如图(1-苯甲羟肟酸,2-水杨醛肟)：
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用高等药物化学原理探讨浮选药剂分子设计
五、同型原理
同型原理的概念：在药物学中凡是分子结构相近似的化合物都颗叫做 同型物。结构愈相近，它们的生理作用相似的可能性愈大，反之，结 构相似之处愈少，生理作用相似之处也愈少。 在浮选药剂中，符合同型原理获得成功的例子不少。例如1946年出现 的二乙基二硫代氨基甲酸盐于1978年出现的环丁基二硫代氨基甲酸盐， 就是一堆同型物。
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H N
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四、同分异构原理
顺反异构现象表现在捕收剂的浮选行为上，突出的例子是 顺油酸与反油酸，二者的分子组成完全一样，其差别只是顺反异构， 它们是一对几何异构体。
H C CH3(CH2)7 C (CH2)7COOH H H CH3 (CH2 )7 C C (CH2)7 COOH H


它们在浮选不同矿物时，反映出不同效果。用顺-油酸或反-油酸浮选含有赤 铁矿、镜铁矿、石英及黑硅石的铁矿石选矿矿泥，在pH值为8.0~9.5时，反油酸效果比顺-油酸效果好。用顺-油酸或反-油酸浮选赤铁矿，当pH=6时，两 者效果相同；但作石英捕收剂时，反-油酸不如顺-油酸；浮选方解石时，反油酸效果比顺-油酸差。 利用同分异构原理典型的成功例子是甲苯胂酸与苄基胂酸对锡石的捕收效果， 二者同是同分异构体。
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一、同系原理
什么是同系原理？凡是同一类型的化合物系列，其各成员之间原 子数的差，如果是CH2的整数倍，则在有机化学中都认为是同属 一个系列，称为同系物，任何一个化合物都有若干同系物，这种 现象称同系现象。同系物的物理性质及化学反应都大同小异地依 次递变，这个原理叫同系原理。同系物的药理作用用一般由弱增 强，达到一定强度后，又逐渐变弱，并出现一个最大值。 氧化矿捕收剂——脂肪酸系列符合同系原理，同一系列的直链低 碳饱和脂肪酸浮选方铅矿，方铅矿的回收率由庚酸到十三碳酸随 分子的增加而增加，对孔雀石的浮选从丁酸到壬酸也是如此。但 在高级饱和脂肪酸之间，分子大浮选效果反而较差，例如浮选赤 铁矿效果的强弱次序为：月桂酸＞豆蔻酸＞软脂酸。如果从甲酸、 乙酸开始，到高级脂肪酸软脂酸、硬脂酸，以至更高级的同系物， 比较其捕收效果，必然会出现一个最大值，这完全符合同系原理 所揭示的规律。
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目 录
第一节 用高等药物化学原理 探讨浮选药剂分子设计 第二节 应用同分异构原理合 成氧化矿捕收剂 第三节 用基团电负性为判据 进行捕收剂分子设计 第四节 混合用药
1
2
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引 言
早期的浮选药剂的理论和假说中以Taggart提出的溶 度积假说最有影响。这个假说用于指导找药时，可简略 地表述为：凡能与目的矿物反应并生成溶度积较小的化 合物，若同时具备浮选药剂的结构特点，则可以成为该 矿物的捕收剂或抑制剂。这种观点，直到今天仍作为分 析浮选现象和寻找药剂的依据之一。 浮选药剂发展到现在，特别是处理复杂难以分选的 矿物，要求选择性好、效率高的药剂，像过去那样只凭 试验进行筛选，已不能满足研究者的要求，而希望能够 利用一些原理或推测，预先对药剂的分子结构进行设计， 以达到寻找有效药剂的目的。 实践证明混合用药往往比单一用药好。
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用高等药物化学原理探讨浮选药剂分子设计
三、同电异素原理
什么是同电异素原理？1925年格里木(Grimm)定义： 凡分子团或原子团有相同数目价电子的，不论它们是否 包含有同数的原子或总数相同的电子，都叫做同电异素体；1932年 Erlenmyer将同电异素原理推广：在原子团中只有“边界电子”或 “外围电子”的数目是决定同电异素的条件。