O-甲基苯乙酸（OMPA）在不同纯溶剂中的溶解度、校正值及其热力学性质

《Fluid Phase Equilibria》：The solubility of O-methylphenylacetic acid (OMPA) in different pure solvents, corrections and thermodynamic properties

本研究考察了邻甲基苯甲酸（OMPA）在12种有机溶剂中及8个温度梯度下的溶解行为，结合分子静电势表面分析、物化参数及密度泛函理论计算，揭示溶解机制。通过λh、修正Apelblat等6种热力学模型拟合，发现Yaws模型最优（平均相对偏差0.8221）。热力学分析表明，OMPA溶解为吸热熵驱动过程。

　　

张 rou | 李 范范 | 李 雅洲 | 杨 星川 | 曹 春梅 | 徐 李 | 余 一

郑州大学化学工程学院，中国郑州 450001

摘要

本研究探讨了 O-甲基苯乙酸（OMPA）在十二种有机溶剂系统（甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、丙酮、乙腈、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、甲基醋酸酯、乙酸乙酯）中的溶解行为，并考察了其在八个不同温度梯度下的变化情况。所有测试溶剂的溶解度均随温度升高而增加，其中丙酮的溶解度最高。本研究采用多维研究方法来阐明溶解过程的机理，结合了分子静电势表面（MEPS）分析、溶剂物理化学参数的解释以及密度泛函理论（DFT）计算。为了关联溶解度变化的规律性，应用了六种热力学模型（λh、改进的 Apelblat 模型、van’t Hoff 模型、Yaws 模型、Wilson 模型和 Jouyban 模型），并通过平均绝对偏差（ARD）和均方根偏差（RMSD）对这些模型的有效性进行了评估。在这些模型中，Yaws 模型的拟合效果最佳，其 100ARD 均值为 0.8221。此外，热力学分析揭示了溶解过程中表观混合吉布斯自由能（ΔsolG）、表观混合焓变（ΔsolH）和表观混合熵变（ΔsolS）的变化规律。研究发现 OMPA 的溶解过程是吸热的，并且受到熵增加的驱动。

引言

O-甲基苯乙酸（OMPA，C9H10O2，CAS 号 644-36-0，图 1）是一种白色或淡黄色的结晶固体，在精细化工行业中具有重要作用[1]。它主要用于合成农药[2]、药品[3][4][5]、醛类[6]和酯类[7]。

OMPA 是苯乙酸的衍生物之一。在其分子结构中，甲基和羧基位于苯环的邻位，这种独特的取代方式赋予了 OMPA 独特的物理化学性质。OMPA 可通过多种方法合成，包括羰基化反应和酯化-水解法。She 等人[8]报道了一种常压下钴催化的苯乙酸衍生物合成方法，使用创新催化剂获得了 88% 的 OMPA 收率。Moragas 等人[9]通过一种新的 C–N 键断裂/CO? 插入策略，通过一级铵盐的羰基化反应合成了 OMPA，产率为 82%。Li 等人[10]描述了一种从相应的苄氯前体合成苯乙酸衍生物的新方法，该方法产率为 83%。在苯乙酸衍生物的合成过程中，通常会得到多种衍生物的混合物。为了获得高纯度的 OMPA，需要对这些混合物进行分离和纯化。传统的 OMPA 分离方法主要是蒸馏或重结晶；然而，蒸馏可能导致酸的脱羧，从而对质量和产率产生不利影响。此外，我们测量发现 OMPA 在室温下基本不溶于水。由于其在水中的溶解度很低，从水中重结晶无法有效纯化 OMPA。文献表明，选择合适的有机溶剂进行重结晶可以获得高质量的产品[11][12]。然而，以往的研究很少关注 OMPA 的平衡溶解度。因此，了解 OMPA 在各种有机溶剂中的溶解度至关重要。通过研究该化合物在不同溶剂中的溶解度，可以精确控制溶剂的种类和浓度，优化结晶条件，从而获得纯度更高、晶体形式更稳定的产品，以满足特定应用需求[13]。

本研究测定了 OMPA 在 12 种有机溶剂（甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、丙酮、乙腈、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、甲基醋酸酯、乙酸乙酯）中的溶解度，温度范围为八个不同的温度点。通过分子静电势表面图、溶剂的物理化学性质以及 DFT 计算阐明了 OMPA 在这些纯溶剂中的溶解情况。实验数据使用多种模型进行了拟合，包括 λh 模型、改进的 Apelblat 模型、van’t Hoff 模型、Yaws 模型、Wilson 模型和 Jouyban 模型。拟合过程中采用了平均相对偏差（ARD）和均方根偏差（RMSD）等评估标准。最后，对表观混合吉布斯能量、表观混合焓和表观混合熵进行了详细分析。

材料

OMPA 由 Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd.（中国）提供。实验中使用的分析级有机溶剂（甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、丙酮、乙腈、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、甲基醋酸酯、乙酸乙酯）均为市售产品。所选的十二种有机溶剂需进行纯度分析，并使用 4A 分子筛进行干燥。这些溶剂的具体性质详见表 1。

XRD

在本实验中，使用 XRD 对 OMPA 在十二种溶剂中溶解前后的晶体结构进行了表征。如图 2 所示，溶解前后样品的峰位和峰形没有显著变化，也没有出现新的衍射峰。这些结果表明溶解过程中既没有发生结晶转变，也没有形成溶剂化物。

TG/DSC 分析

OMPA 的 TG/DSC 分析结果如图 3 所示。

结论

本研究采用平衡法测定了 OMPA 在十二种有机溶剂中的溶解度，温度范围为八个不同温度点。在室温下，溶解度顺序为：丙酮 > 异丙醇 > 正丙醇 > 二氯甲烷 > 乙醇 > 乙酸乙酯 > 正丁醇 > 甲基醋酸酯 > 甲醇 > 异丁醇 > 1,2-二氯乙烷 > 乙腈。所有溶剂中的溶解度均随温度升高而增加。分子静电势表面分析表明，羧基容易与亲电试剂形成氢键。

数据获取

数据可应要求提供。

表 7、表 8、表 9

CRediT 作者贡献声明

张 rou：撰写——初稿。李 范范：撰写——审阅与编辑。李 雅洲：数据整理。杨 星川：项目管理。曹 春梅：项目管理。徐 李：项目管理。余 一：撰写——审阅与编辑。