氘代水溶剂中咖啡因的物理化学性质研究：同位素效应与结构行为转变

本文通过密度、声速、粘度测量及差示扫描量热法（DSC），系统研究了氘代水（D2O）对咖啡因物理化学性质的影响。研究发现，D2O因其更强的氢键网络导致咖啡因溶剂化程度降低，表现为体积收缩减弱、苦味增强，并使其结构行为从“非典型结构破坏者”转变为“典型结构形成者”。该研究为理解同位素溶剂效应及咖啡因在生物体系中的作用机制提供了新视角。

　　

Highlight

咖啡因作为全球最广泛消费的精神活性物质，其溶解行为在氘代水（D₂O）中展现出独特性质：与普通水（H₂O）相比，D₂O的刚性氢键网络导致咖啡因溶剂化程度降低，苦味增强，并引发其结构行为从“非典型结构破坏者”向“典型结构形成者”的转变。

Volumetric properties（体积性质）

密度数据表明，D₂O中咖啡因的溶剂化收缩效应弱于H₂O（偏差<0.02%），这归因于D₂O更强的本征氢键网络限制了咖啡因分子与溶剂的相互作用。

Conclusion（结论）

综合密度、声速、粘度及DSC数据，本研究首次揭示D₂O通过其高度有序的氢键网络改变咖啡因的溶剂化行为：不仅降低其体积收缩效应，还通过增强分子间作用力使咖啡因转变为“结构形成者”，并轻微提高D₂O的熔点。这一发现为理解同位素溶剂在生物体系中的作用提供了关键实验依据。