8-羥基喹啉（8-Hydroxyquinoline，簡稱8-HQ）作為一種典型的含氮雜環(huán)化合物，因兼具螯合性、抗菌性與熒光特性，被廣泛應(yīng)用于金屬離子檢測、醫(yī)藥合成、高分子材料阻燃等領(lǐng)域。但其分子結(jié)構(gòu)中“疏水的喹啉母核”與“親水的羥基（-OH）”存在極性沖突，導(dǎo)致純水中溶解度極低（常溫下僅 0.05-0.1 g/L），在多數(shù)有機(jī)溶劑中溶解性也受限于溶劑極性與分子間作用，難以滿足高濃度應(yīng)用需求（如醫(yī)藥領(lǐng)域的制劑制備、工業(yè)中的螯合反應(yīng)）。溶解性不足不僅降低反應(yīng)效率，還可能導(dǎo)致產(chǎn)物團(tuán)聚或有效成分浪費，因此需通過優(yōu)化溶劑體系與調(diào)控溫度，利用“溶劑-溶質(zhì)分子間作用”與“溫度對分子運動的影響”提升溶解度。本文系統(tǒng)分析不同溶劑體系（單一溶劑、混合溶劑）對8-羥基喹啉溶解性的作用機(jī)制，結(jié)合溫度的調(diào)控規(guī)律，提出針對性的溶解性優(yōu)化方案，為其在各領(lǐng)域的高效應(yīng)用提供支撐。

一、分子結(jié)構(gòu)與溶解性關(guān)聯(lián)

8-羥基喹啉的溶解性本質(zhì)由分子極性、官能團(tuán)特性與分子間作用力決定，其結(jié)構(gòu)特征直接影響與不同溶劑的相容性，是溶解性優(yōu)化的核心依據(jù)。

從分子結(jié)構(gòu)看，8-羥基喹啉的化學(xué)式為 C₉H₇NO，分子由“苯環(huán)-吡啶環(huán)”稠合形成的喹啉母核（疏水基團(tuán)）與 8 位取代的羥基（-OH，親水基團(tuán)）構(gòu)成，屬于“雙親分子”，但整體極性較弱（ dipole moment 約 2.5 D），且存在分子內(nèi)氫鍵（O-H…N，鍵能 20-25 kJ/mol）—— 這種內(nèi)氫鍵會“鎖定”羥基的親水能力，使分子更傾向于通過疏水作用聚集，進(jìn)一步降低在極性溶劑中的溶解度。

具體而言，影響溶解性的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)因素包括：

疏水母核主導(dǎo)溶解性：喹啉母核由兩個芳香環(huán)組成，疏水區(qū)域占比大，導(dǎo)致8-羥基喹啉更易溶于非極性或弱極性溶劑（如苯、甲苯），而在強(qiáng)極性溶劑（如水、甲醇）中因“極性不匹配”難以溶解；

羥基的親水作用受限：羥基雖能與極性溶劑形成分子間氫鍵，但分子內(nèi)氫鍵的存在使羥基與溶劑的氫鍵結(jié)合能力減弱 —— 例如，純水中，8-羥基喹啉的羥基僅少量能突破內(nèi)氫鍵束縛與水分子結(jié)合，導(dǎo)致溶解度極低；

分子聚集效應(yīng)：8-羥基喹啉分子間可通過“π-π 堆積”（芳香環(huán)間的疏水作用）與“分子間氫鍵”形成聚集體，聚集體難以分散于溶劑中，進(jìn)一步降低表觀溶解度。

因此，溶解性優(yōu)化的核心思路是：通過溶劑體系設(shè)計“打破分子內(nèi)氫鍵與分子聚集”，同時利用溫度增強(qiáng)分子運動，促進(jìn)溶劑-溶質(zhì)間的相互作用（如氫鍵、偶極作用）。

二、單一溶劑體系對8-羥基喹啉溶解性的影響

單一溶劑的極性、氫鍵供體/受體能力直接決定與8-羥基喹啉的相互作用強(qiáng)度，不同類型溶劑（非極性、極性質(zhì)子溶劑、極性非質(zhì)子溶劑）對其溶解性的提升效果差異顯著，需結(jié)合溶劑特性選擇適配體系。

（一）非極性與弱極性溶劑：依賴疏水作用溶解

非極性溶劑（如正己烷、環(huán)己烷）與弱極性溶劑（如苯、甲苯、氯仿）的極性與8-羥基喹啉接近，主要通過“疏水作用”溶解它—— 溶劑分子與喹啉母核的疏水區(qū)域結(jié)合，破壞其分子聚集，從而提升溶解度。

弱極性芳香族溶劑（苯、甲苯）：溶解性至佳，常溫下8-羥基喹啉在甲苯中的溶解度可達(dá)50-60g/L，在苯中約40-45g/L，這是因為芳香族溶劑的苯環(huán)可與它的喹啉母核形成“π-π共軛作用”，結(jié)合力強(qiáng)于普通疏水作用，能更有效分散其分子；

弱極性鹵代烴（氯仿、二氯甲烷）：溶解度次之，常溫下氯仿中溶解度約30-35g/L。氯仿雖無芳香環(huán)，但分子中的Cl原子具有一定電負(fù)性，可與8-羥基喹啉的羥基形成弱氫鍵（C-H…O），輔助破壞分子內(nèi)氫鍵，提升溶解效果；

非極性烷烴（正己烷、環(huán)己烷）：溶解度至低，常溫下正己烷中僅5-8g/L，這類溶劑無氫鍵能力，僅靠疏水作用無法有效打破8-羥基喹啉的分子聚集，溶解能力有限。

此類溶劑適用于“非極性反應(yīng)體系”（如高分子材料的阻燃改性、有機(jī)合成中的中間體溶解），但需注意苯的毒性與揮發(fā)性，實際應(yīng)用中多以甲苯替代。

（二）極性質(zhì)子溶劑：通過氫鍵作用溶解

極性質(zhì)子溶劑（如甲醇、乙醇、異丙醇）兼具極性與氫鍵供體能力，可通過“溶劑-溶質(zhì)氫鍵作用”打破8-羥基喹啉的分子內(nèi)氫鍵，同時利用極性匹配提升溶解度，是兼顧溶解性與安全性的常用體系。

乙醇與異丙醇：溶解性很好，常溫下8-羥基喹啉在乙醇中溶解度約25-30g/L，異丙醇中約20-25g/L，這類溶劑的羥基（-OH）可作為氫鍵供體，與其羥基（O-H）和吡啶環(huán)氮原子（N）形成雙重氫鍵（O-H…O、O-H…N），有效削弱8-羥基喹啉的分子內(nèi)氫鍵與聚集效應(yīng)；同時，溶劑極性（乙醇介電常數(shù) 24.3，異丙醇 18.3）與其極性接近，進(jìn)一步促進(jìn)溶解；

甲醇：溶解度略低，常溫下約15-20g/L。甲醇雖氫鍵能力強(qiáng)（介電常數(shù)32.7），但分子極性過高，與8-羥基喹啉的疏水母核相容性差，導(dǎo)致整體溶解效果弱于乙醇；

水：溶解度極低，常溫下僅0.05-0.1g/L。水分子雖極性強(qiáng)、氫鍵能力強(qiáng)，但8-羥基喹啉的疏水母核難以與水分子形成有效作用，且分子內(nèi)氫鍵使羥基無法充分與水結(jié)合，僅極少量分子能分散于水中。

極性質(zhì)子溶劑適用于“極性反應(yīng)體系”（如醫(yī)藥領(lǐng)域的口服制劑、金屬離子的水溶液檢測），其中乙醇因溶解性好、毒性低（食品級乙醇可直接用于醫(yī)藥），是常用的單一溶劑。

（三）極性非質(zhì)子溶劑：依賴偶極作用溶解

極性非質(zhì)子溶劑（如丙酮、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺DMF）具有高極性但無質(zhì)子供體能力，主要通過“偶極-偶極作用”與8-羥基喹啉的極性基團(tuán)（羥基、氮原子）結(jié)合，溶解效果介于弱極性溶劑與極性質(zhì)子溶劑之間。

DMF與二甲基亞砜DMSO：溶解性較好，常溫下DMF中溶解度約40-45g/L，DMSO中約35-40g/L。這類溶劑的介電常數(shù)高（DMF36.7，DMSO46.7），分子中的氧原子（C=O）與氮原子可作為氫鍵受體，與8-羥基喹啉的羥基形成強(qiáng)氫鍵（O-H…O），同時高極性環(huán)境有助于分散疏水母核，溶解能力接近甲苯；

丙酮與乙腈：溶解度中等，常溫下丙酮中約15-20g/L，乙腈中約10-15g/L，這類溶劑極性較低（丙酮介電常數(shù)20.7，乙腈37.5），氫鍵受體能力弱于DMF，僅能通過弱偶極作用與8-羥基喹啉結(jié)合，溶解效果弱于乙醇。

極性非質(zhì)子溶劑適用于“高極性、無質(zhì)子參與的反應(yīng)”（如有機(jī)合成中的親核反應(yīng)、高分子材料的溶解紡絲），但DMF、DMSO的揮發(fā)性低、后處理難度大，需結(jié)合應(yīng)用場景選擇。

三、混合溶劑體系對8-羥基喹啉溶解性的協(xié)同優(yōu)化

單一溶劑難以同時滿足“高溶解性、低毒性、易后處理”的需求，而混合溶劑可通過“不同溶劑的協(xié)同作用”（如極性互補(bǔ)、氫鍵增強(qiáng)），實現(xiàn)溶解性的顯著提升，是實際應(yīng)用中很常用的優(yōu)化方案。核心混合策略包括“極性-非極性溶劑混合”與“水-有機(jī)溶劑混合”兩類。

（一）極性-非極性溶劑混合：兼顧溶解性與相容性

通過混合弱極性溶劑（如甲苯）與極性質(zhì)子溶劑（如乙醇），利用弱極性溶劑與喹啉母核的疏水作用、極性溶劑與羥基的氫鍵作用，形成“極性互補(bǔ)”，打破8-羥基喹啉的分子聚集，溶解度顯著高于單一溶劑。

例如，常溫下甲苯-乙醇混合體系（體積比 1:1）中，8-羥基喹啉的溶解度可達(dá)80-90g/L，遠(yuǎn)高于甲苯（50-60g/L）與乙醇（25-30g/L）的單一溶解效果 —— 甲苯與喹啉母核形成π-π作用，乙醇與羥基形成氫鍵，二者協(xié)同破壞分子內(nèi)氫鍵與聚集，使8-羥基喹啉分子充分分散；且混合溶劑的極性可通過體積比調(diào)節(jié)（如甲苯比例升高，極性降低，適配非極性反應(yīng)；乙醇比例升高，極性升高，適配極性反應(yīng)），靈活性強(qiáng)。

此類混合體系適用于“需高溶解度且溶劑相容性可調(diào)”的場景（如高分子材料的阻燃劑復(fù)配、有機(jī)合成的高濃度反應(yīng)），常見組合還包括“氯仿-乙醇”“甲苯-異丙醇”等，其中“甲苯-乙醇”因毒性較低、成本可控，應(yīng)用很廣泛。

（二）水-有機(jī)溶劑混合：提升水中溶解性

8-羥基喹啉在純水中溶解度極低，通過添加少量極性有機(jī)溶劑（如乙醇、丙酮）作為“助溶劑”，可顯著提升其在水中的溶解度 —— 助溶劑一方面與水分子形成氫鍵，改變水的極性環(huán)境，另一方面與它的羥基、母核分別作用，促進(jìn)其分散。

例如，常溫下向純水中添加 10%體積的乙醇，8-羥基喹啉的溶解度從0.05-0.1g/L提升至5-8g/L；添加20%乙醇時，溶解度可達(dá)15-20g/L，這是因為乙醇作為助溶劑，既與水分子形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)，降低水對疏水母核的排斥力，又與8-羥基喹啉的羥基形成氫鍵，打破分子內(nèi)氫鍵，使其分子能分散于水-乙醇混合體系中。

若需進(jìn)一步提升水中溶解度，可添加“表面活性劑”（如十二烷基硫酸鈉SDS）與助溶劑協(xié)同作用 —— 表面活性劑的疏水鏈與8-羥基喹啉的母核結(jié)合，親水端與水分子結(jié)合，形成“膠束包裹”，使溶解度再提升 1-2 倍（如 20%乙醇+0.5%SDS 的水溶液中，溶解度可達(dá)30-35g/L）。

此類混合體系適用于“水性應(yīng)用場景”（如醫(yī)藥領(lǐng)域的注射劑、水質(zhì)中金屬離子的檢測），助溶劑優(yōu)先選擇乙醇、丙二醇等低毒、易揮發(fā)的溶劑，便于后續(xù)分離（如通過蒸餾去除助溶劑）。

四、溫度對8-羥基喹啉溶解性的調(diào)控規(guī)律

溫度通過影響“分子運動速率”與“溶劑-溶質(zhì)相互作用強(qiáng)度”，改變8-羥基喹啉的溶解度，且在不同溶劑體系中，溫度的影響趨勢一致（隨溫度升高溶解度增大），但增幅因溶劑類型而異。

（一）溫度對分子作用的影響機(jī)制

溫度升高對溶解性的促進(jìn)作用主要源于兩點：

增強(qiáng)分子運動：溫度升高使溶劑分子與8-羥基喹啉分子的運動速率加快，分子間碰撞頻率增加，更易打破其分子內(nèi)氫鍵與聚集結(jié)構(gòu)，促進(jìn)其分散；

削弱疏水作用限制：對極性溶劑（如水、乙醇）而言，溫度升高會削弱水分子對疏水母核的排斥力（疏水作用隨溫度升高減弱），使8-羥基喹啉的疏水區(qū)域更易與溶劑接觸，提升溶解度；

提升氫鍵動態(tài)平衡：溫度升高使溶劑-溶質(zhì)間的氫鍵結(jié)合更具動態(tài)性，減少分子內(nèi)氫鍵的穩(wěn)定作用，進(jìn)一步促進(jìn)溶解。

（二）不同溶劑體系中的溫度效應(yīng)

單一溶劑體系：溫度對溶解度的增幅隨溶劑極性升高而增大 —— 例如，非極性溶劑甲苯中，溫度從25℃升至60℃，8-羥基喹啉的溶解度從50-60g/L升至70-80g/L（增幅約30%）；極性質(zhì)子溶劑乙醇中，相同溫度變化下溶解度從25-30g/L升至50-55g/L（增幅約 80%）；水中增幅很大，從0.05-0.1g/L 升至0.5-1g/L（增幅約10倍），但絕對溶解度仍較低。

混合溶劑體系：溫度對混合溶劑的溶解度增幅更顯著，且協(xié)同效應(yīng)隨溫度升高增強(qiáng) —— 例如，甲苯-乙醇混合體系（1:1）中，溫度從25℃升至60℃，溶解度從80-90g/L升至120-130g/L（增幅約40%）；水-乙醇混合體系（8:2）中，相同溫度變化下溶解度從15-20g/L升至35-40g/L（增幅約120%）。這是因為溫度升高同時增強(qiáng)了兩種溶劑的協(xié)同作用（疏水作用與氫鍵作用均加強(qiáng)），使8-羥基喹啉的溶解熱力學(xué)障礙進(jìn)一步降低。

（三）溫度調(diào)控的實際應(yīng)用建議

溫度調(diào)控需結(jié)合溶劑體系與應(yīng)用需求，避免過高溫度導(dǎo)致溶劑揮發(fā)或8-羥基喹啉分解（8-HQ沸267℃，180℃以上開始熱分解），因此實際應(yīng)用中溫度控制在 25-80℃為宜：

水性體系（如水質(zhì)檢測）：優(yōu)先通過升溫（如40-60℃）提升溶解度，避免添加過多助溶劑；

有機(jī)反應(yīng)體系（如合成反應(yīng)）：根據(jù)反應(yīng)溫度需求調(diào)節(jié)，若反應(yīng)溫度較高（如60-80℃），可利用溫度自然提升溶解度，減少溶劑用量；

醫(yī)藥制劑體系（如口服藥）：溫度需控制在室溫（25-30℃），避免高溫影響藥物穩(wěn)定性，優(yōu)先通過混合溶劑優(yōu)化溶解性。

五、溶解性優(yōu)化的實際應(yīng)用方案

結(jié)合溶劑體系與溫度的影響規(guī)律，針對不同應(yīng)用場景，可制定針對性的溶解性優(yōu)化方案，實現(xiàn)“高溶解性、低毒性、易操作”的平衡：

醫(yī)藥制劑（口服/注射）：

溶劑體系：水-乙醇混合體系（體積比8:2）+0.1%維生素E（助溶劑，提升生物相容性），常溫下溶解度可達(dá)20-25g/L，滿足制劑濃度需求；

優(yōu)勢：乙醇毒性低（符合藥用標(biāo)準(zhǔn)），后續(xù)可通過凍干技術(shù)去除溶劑，無殘留；

金屬離子水質(zhì)檢測：

溶劑體系：水-丙酮混合體系（體積比9:1），溫度控制在40℃，溶解度可達(dá)8-10g/L，無需添加表面活性劑，避免干擾檢測；

優(yōu)勢：丙酮易揮發(fā)，檢測后可通過加熱去除，不影響水樣分析；

高分子材料阻燃改性：

溶劑體系：甲苯-乙醇混合體系（體積比1:1），溫度控制在60℃，溶解度可達(dá)120-130g/L，可直接與高分子樹脂混合；

優(yōu)勢：溶解性高，溶劑易通過烘干去除（甲苯沸點110℃，乙醇78℃），不影響材料性能；

有機(jī)合成中間體：

溶劑體系：DMF-甲苯混合體系（體積比3:7），常溫下溶解度可達(dá)90-100 g/L，適配多數(shù)親核反應(yīng)；

優(yōu)勢：DMF提升極性，甲苯降低體系黏度，便于反應(yīng)攪拌與后處理。

8-羥基喹啉的溶解性優(yōu)化需圍繞“溶劑-溶質(zhì)分子間作用”與“溫度調(diào)控”展開：單一溶劑中，弱極性芳香族溶劑（甲苯）與極性非質(zhì)子溶劑（DMF）溶解性非常好，極性質(zhì)子溶劑（乙醇）兼顧溶解性與安全性；混合溶劑通過“極性互補(bǔ)”實現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化，其中甲苯-乙醇混合體系溶解性很高，水-乙醇混合體系很適用于水性場景；溫度升高可顯著提升溶解度，且在極性溶劑與混合溶劑中增幅更明顯，實際應(yīng)用中控制在25-80℃為宜。

不同場景需結(jié)合“溶解性需求、毒性限制、后處理難度”選擇方案：醫(yī)藥領(lǐng)域優(yōu)先水-乙醇混合體系，工業(yè)反應(yīng)優(yōu)先甲苯-乙醇混合體系，水質(zhì)檢測優(yōu)先升溫調(diào)控的水-丙酮體系。未來可通過“功能化溶劑設(shè)計”（如離子液體、深共熔溶劑）進(jìn)一步提升溶解性，同時降低溶劑毒性，拓展8-羥基喹啉的應(yīng)用邊界。

本文來源于黃驊市信諾立興精細(xì)化工股份有限公司官網(wǎng) http://www.gempho.com/