溶剂H/D同位素替代对乌洛托品水溶液焓相互作用参数的影响：揭示疏水水合与D键效应的分子机制

本研究通过新型热导量热仪精确测定乌洛托品(HMTA)在H2 O/D2 O中的稀释焓，首次揭示了溶剂同位素效应对溶质-溶质相互作用参数h22 和h222 的差异化调控机制。研究发现D2 O中更强的D键作用导致HMTA疏水水合壳层重叠加剧，为质子受体非电解质溶液中的溶剂介导相互作用提供了新的热力学解释。

　　

在药物化学和溶液物理化学领域，乌洛托品(hexamethylenetetramine, HMTA)作为一种兼具抗菌活性和特殊笼状分子结构的化合物，其水溶液行为一直存在争议。这种争议的核心在于：HMTA分子同时具有4个亲水性氮原子(>N^¨
?)和6个疏水亚甲基(>CH₂
)，这种"两亲性"特征使其水合过程既可能破坏也可能增强水分子网络结构。更复杂的是，当普通水(H_{2
)被重水(D2
O)替代时，量子效应导致的氢键强度变化会如何影响溶质-溶剂相互作用？这个问题不仅关乎基础理论发展，对药物剂型设计和生物活性调控也具有重要意义。}

为解决这一科学难题，俄罗斯科学院溶液化学研究所的研究人员开发了新型差分热流式量热仪，在298.15 K条件下系统测定了HMTA在H₂
O和D₂
O中的稀释焓和混合焓。通过基于McMillan-Mayer理论框架的过量热力学函数分析，首次定量解析了同位素替代对焓相互作用参数的调控规律，相关成果发表在《The Journal of Chemical Thermodynamics》。

关键技术包括：(1)采用高精度热导量热法测定?_dil
H₂
^m
和?_mix
H₂
^m
；(2)通过多项式展开计算h₂₂
和h₂₂₂
系数；(3)严格控制D₂
O纯度(κ=3.0 μS?cm^?1
)；(4)应用溶剂同位素替代法区分H/D键贡献。

【结果与讨论】
实验数据表明，HMTA在两种溶剂中均表现出显著的正h₂₂
值(H₂
O: 1.24 kJ?kg?mol^?2
; D₂
O: 1.87 kJ?kg?mol^?2
)，证实疏水水合壳层重叠导致的熵补偿效应占主导。更关键的是，D₂
O中h₂₂
增幅达50%，说明D键增强显著提高了溶质-溶质长程相关性。这一现象与团队此前研究的四甲基脲衍生物数据形成规律性关联，共同验证了"同位素替代可放大溶剂介导相互作用"的假说。

【结论】
该研究确立了三个重要结论：(1)HMTA在水溶液中主要表现为结构形成剂特征；(2)D₂
O通过强化D键网络使h₂₂
产生显著同位素位移(δh₂₂
≈0.63 kJ?kg?mol^?2
)；(3)h₂₂
与δh₂₂
的线性关系为预测非电解质溶液行为提供了新参数。这些发现不仅解决了文献中关于HMTA水合性质的长期争议，更为药物溶解性调控和同位素标记技术开发提供了理论依据。正如通讯作者Evgeniy V. Ivanov强调的："D键诱导的溶剂重组效应可能成为设计新型药物载体的关键调控开关"。