8-羟基喹啉的溶解性优化：溶剂体系与温度的影响

8-羟基喹啉（8-Hydroxyquinoline，简称8-HQ）作为一种典型的含氮杂环化合物，因兼具螯合性、抗菌性与荧光特性，被广泛应用于金属离子检测、医药合成、高分子材料阻燃等领域。但其分子结构中“疏水的喹啉母核”与“亲水的羟基（-OH）”存在极性冲突，导致纯水中溶解度极低（常温下仅 0.05-0.1 g/L），在多数有机溶剂中溶解性也受限于溶剂极性与分子间作用，难以满足高浓度应用需求（如医药领域的制剂制备、工业中的螯合反应）。溶解性不足不仅降低反应效率，还可能导致产物团聚或有效成分浪费，因此需通过优化溶剂体系与调控温度，利用“溶剂-溶质分子间作用”与“温度对分子运动的影响”提升溶解度。本文系统分析不同溶剂体系（单一溶剂、混合溶剂）对8-羟基喹啉溶解性的作用机制，结合温度的调控规律，提出针对性的溶解性优化方案，为其在各领域的高效应用提供支撑。

一、分子结构与溶解性关联

8-羟基喹啉的溶解性本质由分子极性、官能团特性与分子间作用力决定，其结构特征直接影响与不同溶剂的相容性，是溶解性优化的核心依据。

从分子结构看，8-羟基喹啉的化学式为 C₉H₇NO，分子由“苯环-吡啶环”稠合形成的喹啉母核（疏水基团）与 8 位取代的羟基（-OH，亲水基团）构成，属于“双亲分子”，但整体极性较弱（ dipole moment 约 2.5 D），且存在分子内氢键（O-H…N，键能 20-25 kJ/mol）—— 这种内氢键会“锁定”羟基的亲水能力，使分子更倾向于通过疏水作用聚集，进一步降低在极性溶剂中的溶解度。

具体而言，影响溶解性的关键结构因素包括：

疏水母核主导溶解性：喹啉母核由两个芳香环组成，疏水区域占比大，导致8-羟基喹啉更易溶于非极性或弱极性溶剂（如苯、甲苯），而在强极性溶剂（如水、甲醇）中因“极性不匹配”难以溶解；

羟基的亲水作用受限：羟基虽能与极性溶剂形成分子间氢键，但分子内氢键的存在使羟基与溶剂的氢键结合能力减弱 —— 例如，纯水中，8-羟基喹啉的羟基仅少量能突破内氢键束缚与水分子结合，导致溶解度极低；

分子聚集效应：8-羟基喹啉分子间可通过“π-π 堆积”（芳香环间的疏水作用）与“分子间氢键”形成聚集体，聚集体难以分散于溶剂中，进一步降低表观溶解度。

因此，溶解性优化的核心思路是：通过溶剂体系设计“打破分子内氢键与分子聚集”，同时利用温度增强分子运动，促进溶剂-溶质间的相互作用（如氢键、偶极作用）。

二、单一溶剂体系对8-羟基喹啉溶解性的影响

单一溶剂的极性、氢键供体/受体能力直接决定与8-羟基喹啉的相互作用强度，不同类型溶剂（非极性、极性质子溶剂、极性非质子溶剂）对其溶解性的提升效果差异显著，需结合溶剂特性选择适配体系。

（一）非极性与弱极性溶剂：依赖疏水作用溶解

非极性溶剂（如正己烷、环己烷）与弱极性溶剂（如苯、甲苯、氯仿）的极性与8-羟基喹啉接近，主要通过“疏水作用”溶解它—— 溶剂分子与喹啉母核的疏水区域结合，破坏其分子聚集，从而提升溶解度。

弱极性芳香族溶剂（苯、甲苯）：溶解性至佳，常温下8-羟基喹啉在甲苯中的溶解度可达50-60g/L，在苯中约40-45g/L，这是因为芳香族溶剂的苯环可与它的喹啉母核形成“π-π共轭作用”，结合力强于普通疏水作用，能更有效分散其分子；

弱极性卤代烃（氯仿、二氯甲烷）：溶解度次之，常温下氯仿中溶解度约30-35g/L。氯仿虽无芳香环，但分子中的Cl原子具有一定电负性，可与8-羟基喹啉的羟基形成弱氢键（C-H…O），辅助破坏分子内氢键，提升溶解效果；

非极性烷烃（正己烷、环己烷）：溶解度至低，常温下正己烷中仅5-8g/L，这类溶剂无氢键能力，仅靠疏水作用无法有效打破8-羟基喹啉的分子聚集，溶解能力有限。

此类溶剂适用于“非极性反应体系”（如高分子材料的阻燃改性、有机合成中的中间体溶解），但需注意苯的毒性与挥发性，实际应用中多以甲苯替代。

（二）极性质子溶剂：通过氢键作用溶解

极性质子溶剂（如甲醇、乙醇、异丙醇）兼具极性与氢键供体能力，可通过“溶剂-溶质氢键作用”打破8-羟基喹啉的分子内氢键，同时利用极性匹配提升溶解度，是兼顾溶解性与安全性的常用体系。

乙醇与异丙醇：溶解性很好，常温下8-羟基喹啉在乙醇中溶解度约25-30g/L，异丙醇中约20-25g/L，这类溶剂的羟基（-OH）可作为氢键供体，与其羟基（O-H）和吡啶环氮原子（N）形成双重氢键（O-H…O、O-H…N），有效削弱8-羟基喹啉的分子内氢键与聚集效应；同时，溶剂极性（乙醇介电常数 24.3，异丙醇 18.3）与其极性接近，进一步促进溶解；

甲醇：溶解度略低，常温下约15-20g/L。甲醇虽氢键能力强（介电常数32.7），但分子极性过高，与8-羟基喹啉的疏水母核相容性差，导致整体溶解效果弱于乙醇；

水：溶解度极低，常温下仅0.05-0.1g/L。水分子虽极性强、氢键能力强，但8-羟基喹啉的疏水母核难以与水分子形成有效作用，且分子内氢键使羟基无法充分与水结合，仅极少量分子能分散于水中。

极性质子溶剂适用于“极性反应体系”（如医药领域的口服制剂、金属离子的水溶液检测），其中乙醇因溶解性好、毒性低（食品级乙醇可直接用于医药），是常用的单一溶剂。

（三）极性非质子溶剂：依赖偶极作用溶解

极性非质子溶剂（如丙酮、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺DMF）具有高极性但无质子供体能力，主要通过“偶极-偶极作用”与8-羟基喹啉的极性基团（羟基、氮原子）结合，溶解效果介于弱极性溶剂与极性质子溶剂之间。

DMF与二甲基亚砜DMSO：溶解性较好，常温下DMF中溶解度约40-45g/L，DMSO中约35-40g/L。这类溶剂的介电常数高（DMF36.7，DMSO46.7），分子中的氧原子（C=O）与氮原子可作为氢键受体，与8-羟基喹啉的羟基形成强氢键（O-H…O），同时高极性环境有助于分散疏水母核，溶解能力接近甲苯；

丙酮与乙腈：溶解度中等，常温下丙酮中约15-20g/L，乙腈中约10-15g/L，这类溶剂极性较低（丙酮介电常数20.7，乙腈37.5），氢键受体能力弱于DMF，仅能通过弱偶极作用与8-羟基喹啉结合，溶解效果弱于乙醇。

极性非质子溶剂适用于“高极性、无质子参与的反应”（如有机合成中的亲核反应、高分子材料的溶解纺丝），但DMF、DMSO的挥发性低、后处理难度大，需结合应用场景选择。

三、混合溶剂体系对8-羟基喹啉溶解性的协同优化

单一溶剂难以同时满足“高溶解性、低毒性、易后处理”的需求，而混合溶剂可通过“不同溶剂的协同作用”（如极性互补、氢键增强），实现溶解性的显著提升，是实际应用中很常用的优化方案。核心混合策略包括“极性-非极性溶剂混合”与“水-有机溶剂混合”两类。

（一）极性-非极性溶剂混合：兼顾溶解性与相容性

通过混合弱极性溶剂（如甲苯）与极性质子溶剂（如乙醇），利用弱极性溶剂与喹啉母核的疏水作用、极性溶剂与羟基的氢键作用，形成“极性互补”，打破8-羟基喹啉的分子聚集，溶解度显著高于单一溶剂。

例如，常温下甲苯-乙醇混合体系（体积比 1:1）中，8-羟基喹啉的溶解度可达80-90g/L，远高于甲苯（50-60g/L）与乙醇（25-30g/L）的单一溶解效果 —— 甲苯与喹啉母核形成π-π作用，乙醇与羟基形成氢键，二者协同破坏分子内氢键与聚集，使8-羟基喹啉分子充分分散；且混合溶剂的极性可通过体积比调节（如甲苯比例升高，极性降低，适配非极性反应；乙醇比例升高，极性升高，适配极性反应），灵活性强。

此类混合体系适用于“需高溶解度且溶剂相容性可调”的场景（如高分子材料的阻燃剂复配、有机合成的高浓度反应），常见组合还包括“氯仿-乙醇”“甲苯-异丙醇”等，其中“甲苯-乙醇”因毒性较低、成本可控，应用很广泛。

（二）水-有机溶剂混合：提升水中溶解性

8-羟基喹啉在纯水中溶解度极低，通过添加少量极性有机溶剂（如乙醇、丙酮）作为“助溶剂”，可显著提升其在水中的溶解度 —— 助溶剂一方面与水分子形成氢键，改变水的极性环境，另一方面与它的羟基、母核分别作用，促进其分散。

例如，常温下向纯水中添加 10%体积的乙醇，8-羟基喹啉的溶解度从0.05-0.1g/L提升至5-8g/L；添加20%乙醇时，溶解度可达15-20g/L，这是因为乙醇作为助溶剂，既与水分子形成氢键网络，降低水对疏水母核的排斥力，又与8-羟基喹啉的羟基形成氢键，打破分子内氢键，使其分子能分散于水-乙醇混合体系中。

若需进一步提升水中溶解度，可添加“表面活性剂”（如十二烷基硫酸钠SDS）与助溶剂协同作用 —— 表面活性剂的疏水链与8-羟基喹啉的母核结合，亲水端与水分子结合，形成“胶束包裹”，使溶解度再提升 1-2 倍（如 20%乙醇+0.5%SDS 的水溶液中，溶解度可达30-35g/L）。

此类混合体系适用于“水性应用场景”（如医药领域的注射剂、水质中金属离子的检测），助溶剂优先选择乙醇、丙二醇等低毒、易挥发的溶剂，便于后续分离（如通过蒸馏去除助溶剂）。

四、温度对8-羟基喹啉溶解性的调控规律

温度通过影响“分子运动速率”与“溶剂-溶质相互作用强度”，改变8-羟基喹啉的溶解度，且在不同溶剂体系中，温度的影响趋势一致（随温度升高溶解度增大），但增幅因溶剂类型而异。

（一）温度对分子作用的影响机制

温度升高对溶解性的促进作用主要源于两点：

增强分子运动：温度升高使溶剂分子与8-羟基喹啉分子的运动速率加快，分子间碰撞频率增加，更易打破其分子内氢键与聚集结构，促进其分散；

削弱疏水作用限制：对极性溶剂（如水、乙醇）而言，温度升高会削弱水分子对疏水母核的排斥力（疏水作用随温度升高减弱），使8-羟基喹啉的疏水区域更易与溶剂接触，提升溶解度；

提升氢键动态平衡：温度升高使溶剂-溶质间的氢键结合更具动态性，减少分子内氢键的稳定作用，进一步促进溶解。

（二）不同溶剂体系中的温度效应

单一溶剂体系：温度对溶解度的增幅随溶剂极性升高而增大 —— 例如，非极性溶剂甲苯中，温度从25℃升至60℃，8-羟基喹啉的溶解度从50-60g/L升至70-80g/L（增幅约30%）；极性质子溶剂乙醇中，相同温度变化下溶解度从25-30g/L升至50-55g/L（增幅约 80%）；水中增幅很大，从0.05-0.1g/L 升至0.5-1g/L（增幅约10倍），但绝对溶解度仍较低。

混合溶剂体系：温度对混合溶剂的溶解度增幅更显著，且协同效应随温度升高增强 —— 例如，甲苯-乙醇混合体系（1:1）中，温度从25℃升至60℃，溶解度从80-90g/L升至120-130g/L（增幅约40%）；水-乙醇混合体系（8:2）中，相同温度变化下溶解度从15-20g/L升至35-40g/L（增幅约120%）。这是因为温度升高同时增强了两种溶剂的协同作用（疏水作用与氢键作用均加强），使8-羟基喹啉的溶解热力学障碍进一步降低。

（三）温度调控的实际应用建议

温度调控需结合溶剂体系与应用需求，避免过高温度导致溶剂挥发或8-羟基喹啉分解（8-HQ沸267℃，180℃以上开始热分解），因此实际应用中温度控制在 25-80℃为宜：

水性体系（如水质检测）：优先通过升温（如40-60℃）提升溶解度，避免添加过多助溶剂；

有机反应体系（如合成反应）：根据反应温度需求调节，若反应温度较高（如60-80℃），可利用温度自然提升溶解度，减少溶剂用量；

医药制剂体系（如口服药）：温度需控制在室温（25-30℃），避免高温影响药物稳定性，优先通过混合溶剂优化溶解性。

五、溶解性优化的实际应用方案

结合溶剂体系与温度的影响规律，针对不同应用场景，可制定针对性的溶解性优化方案，实现“高溶解性、低毒性、易操作”的平衡：

医药制剂（口服/注射）：

溶剂体系：水-乙醇混合体系（体积比8:2）+0.1%维生素E（助溶剂，提升生物相容性），常温下溶解度可达20-25g/L，满足制剂浓度需求；

优势：乙醇毒性低（符合药用标准），后续可通过冻干技术去除溶剂，无残留；

金属离子水质检测：

溶剂体系：水-丙酮混合体系（体积比9:1），温度控制在40℃，溶解度可达8-10g/L，无需添加表面活性剂，避免干扰检测；

优势：丙酮易挥发，检测后可通过加热去除，不影响水样分析；

高分子材料阻燃改性：

溶剂体系：甲苯-乙醇混合体系（体积比1:1），温度控制在60℃，溶解度可达120-130g/L，可直接与高分子树脂混合；

优势：溶解性高，溶剂易通过烘干去除（甲苯沸点110℃，乙醇78℃），不影响材料性能；

有机合成中间体：

溶剂体系：DMF-甲苯混合体系（体积比3:7），常温下溶解度可达90-100 g/L，适配多数亲核反应；

优势：DMF提升极性，甲苯降低体系黏度，便于反应搅拌与后处理。

8-羟基喹啉的溶解性优化需围绕“溶剂-溶质分子间作用”与“温度调控”展开：单一溶剂中，弱极性芳香族溶剂（甲苯）与极性非质子溶剂（DMF）溶解性非常好，极性质子溶剂（乙醇）兼顾溶解性与安全性；混合溶剂通过“极性互补”实现协同优化，其中甲苯-乙醇混合体系溶解性很高，水-乙醇混合体系很适用于水性场景；温度升高可显著提升溶解度，且在极性溶剂与混合溶剂中增幅更明显，实际应用中控制在25-80℃为宜。

不同场景需结合“溶解性需求、毒性限制、后处理难度”选择方案：医药领域优先水-乙醇混合体系，工业反应优先甲苯-乙醇混合体系，水质检测优先升温调控的水-丙酮体系。未来可通过“功能化溶剂设计”（如离子液体、深共熔溶剂）进一步提升溶解性，同时降低溶剂毒性，拓展8-羟基喹啉的应用边界。

本文来源于黄骅市信诺立兴精细化工股份有限公司官网 http://www.xnlxgroup.com/