溶媒

溶媒（ラテン語のsolvō、「緩める、ほどく、溶かす」に由来）は、溶質を溶かして溶液にする物質です。溶媒は通常液体ですが、固体、気体、超臨界流体の場合もあります。水は極性分子の溶媒であり、生物が使用する最も一般的な溶媒です。細胞内のすべてのイオンとタンパク質は、細胞内の水に溶解しています。

溶剤の主な用途は、塗料、塗料剥離剤、インク、ドライクリーニングです。^[2]有機溶剤の具体的な用途としては、ドライクリーニング（テトラクロロエチレンなど）、塗料用シンナー（トルエン、テレピン油）、マニキュア除去剤、接着剤溶剤（アセトン、酢酸メチル、酢酸エチル）、シミ抜き剤（ヘキサン、石油エーテル）、洗剤（柑橘系テルペン）、香水（エタノール）などがあります。溶剤は、化学、製薬、石油、ガス産業で、化学合成や精製プロセス など、さまざまな用途に使用されています。

ある物質が別の物質に溶解すると、溶液が形成されます。^[3]これは、化合物が水に溶けない砂のような状況とは対照的です。溶液では、すべての成分が分子レベルで均一に分散しており、残留物は残りません。溶媒と溶質の混合物は、懸濁液、乳剤、その他の種類の非溶液混合物のように別々の連続相とは対照的に、すべての溶質分子が溶媒和物（溶媒と溶質の複合体）として存在する単一の相で構成されます。ある化合物が他の化合物に溶ける能力は溶解度として知られており、これがあらゆる割合で起こる場合、混和性と呼ばれます。

混合に加えて、溶液中の物質は分子レベルで相互作用します。何かが溶解すると、溶媒の分子が溶質の分子の周囲に配置されます。熱伝達が関与し、エントロピーが増加するため、溶液は溶質と溶媒が別々に存在する場合よりも熱力学的に安定します。この配置は、水素結合、双極子モーメント、分極率など、溶媒と溶質のそれぞれの化学的性質によって媒介されます。^[4]溶媒和によって溶質の化学反応や化学構造の変化が引き起こされることはありません。しかし、溶媒和は配位錯体形成反応に似ており、多くの場合、かなりのエネルギー（溶媒和熱と溶媒和エントロピー）を伴うため、中立的なプロセスからはほど遠いものです。

ある物質が別の物質に溶解すると、溶液が形成されます。溶液とは、溶媒に溶解した溶質からなる均質な混合物です。溶質は溶解される物質で、溶媒は溶解媒体です。溶液は、さまざまな種類と形態の溶質と溶媒で形成されます。

溶媒は、極性溶媒と非極性溶媒の2 つのカテゴリに大まかに分類できます。特殊な例として、元素水銀があり、その溶液はアマルガムとして知られています。また、室温で液体である 他の金属溶液も存在します。

一般的に、溶媒の誘電率は溶媒の極性の大まかな指標となります。水の強い極性は、88（0℃）という高い誘電率によって示されます。^[5]誘電率が15未満の溶媒は、一般的に非極性であると考えられています。^[6]

誘電率は、溶媒に浸漬された荷電粒子の電界強度を部分的に打ち消す溶媒の傾向を測定します。この減少は、真空中の荷電粒子の電界強度と比較されます。 ^{[6]経験的に、溶媒の誘電率は、溶質の有効}内部電荷を減らす能力と考えることができます。一般に、溶媒の誘電率は、塩などの 一般的なイオン性化合物を溶解する溶媒の能力を予測するのに適しています。

誘電率は極性の唯一の尺度ではありません。化学者は化学反応を実行したり、化学現象や生物学的現象を観察したりするために溶媒を使用するため、より具体的な極性の尺度が必要です。これらの尺度のほとんどは化学構造に影響を受けます。

Grunwald –Winstein m Yスケールは、化学反応中に溶質の正電荷が蓄積する際の溶媒の影響の観点から極性を測定します。

コソワーのZスケールは、溶媒が塩（通常はピリジニウムヨウ化物またはピリジニウム両性イオン）の紫外線吸収極大に及ぼす影響の観点から極性を測定します。 ^[7]

ドナー数とドナーアクセプタースケールは、溶媒が強いルイス酸や強いルイス塩基などの特定の物質とどのように相互作用するかという観点から極性を測定します。 ^[8]

ヒルデブランドパラメータは凝集エネルギー密度の平方根です。非極性化合物に使用できますが、複雑な化学反応には対応できません。

ライヒャルト色素は極性に応じて色が変わる溶媒和色素で、 E _T (30)値のスケールを与えます。E _Tは基底状態と最低励起状態間の遷移エネルギーをkcal/molで表したもので、(30)は色素を識別します。ナイルレッドとほぼ相関する別のスケール(E T ₍ 33))を定義できます。

グレゴリーの溶媒ϸパラメータは量子化学的に導かれた電荷密度パラメータである。^[9]このパラメータは、静電的根拠を持つ電荷分解解析アプローチを使用して、実験的溶媒パラメータの多く（特にドナー数とアクセプター数）を再現すると思われる。ϸパラメータはもともと、多原子イオンと単原子イオンを統一的に定量化することで ホフマイスター級数を定量化し説明するために開発された。

溶媒の極性、双極子モーメント、分極率、水素結合によって、その溶媒が溶解できる化合物の種類と、他のどの溶媒または液体化合物と混和するかが決まります。一般に、極性溶媒は極性化合物を最もよく溶かし、非極性溶媒は非極性化合物を最もよく溶かします。そのため、「類は友を呼ぶ」のです。糖類(スクロースなど)などの極性が強い化合物や無機 塩類(食塩など) などのイオン性化合物は、水などの極性が強い溶媒にのみ溶け、油やワックスなどの非極性が強い化合物は、ヘキサンなどの非極性が強い有機溶媒にのみ溶けます。同様に、水とヘキサン(または酢と植物油) は互いに 混和せず、よく振った後でもすぐに 2 つの層に分離します。

極性は、さまざまな寄与に分離できます。たとえば、カムレット-タフトパラメータは、双極性/分極率 ( π* )、水素結合酸性度 ( α )、水素結合塩基性度 ( β ) です。これらは、溶媒中の 3～6 種類の異なるソルバトクロミック染料の波長シフトから計算できます。これには通常、ライヒャルト染料、ニトロアニリン、ジエチルニトロアニリンが含まれます。もう 1 つのオプションであるハンセン溶解度パラメータは、凝集エネルギー密度を分散、極性、水素結合の寄与に分離します。

誘電率（より正確には、相対静電誘電率）が15を超える（すなわち極性または分極性である）溶媒は、さらにプロトン性と非プロトン性に分けられる。水などのプロトン性溶媒は、水素結合を介してアニオン（負に帯電した溶質）を強く溶媒和する。アセトンやジクロロメタンなどの極性非プロトン性溶媒は、大きな双極子モーメント（同一分子内における部分的な正電荷と部分的な負電荷の分離）を持ち、負の双極子を介して正に帯電した種を溶媒和する傾向がある。^[10]化学反応では、極性プロトン性溶媒の使用はS _N 1反応機構に有利に働き、極性非プロトン性溶媒の使用はS _N 2反応機構に有利に働く。これらの極性溶媒は水と水素結合を形成して水に溶解することができるが、非極性溶媒は強い水素結合を形成することができない。

溶媒は非極性、極性非プロトン性、極性プロトン性溶媒に分類され、各グループは極性の上昇順に並べられています。水の特性を超える溶媒の 特性は太字で示されています。

ACSグリーン化学研究所は、溶媒特性の主成分分析に基づいた溶媒選択ツールを維持している。^[13]

ハンセン溶解度パラメータ（HSP）値^{[14] [15]は、}分散結合（δD）、極性結合（δP）、水素結合（δH）に基づいています。これらには、他の溶媒やポリマー、顔料、ナノ粒子などとの分子間相互作用に関する情報が含まれています。これにより、たとえば、溶媒とポリマーの間に良好なHSPの一致があることがわかれば、合理的な配合が可能になります。また、「良い」溶媒（溶質を溶かすのに効果的）を「悪い」溶媒（高価または健康や環境に有害）に合理的に置き換えることもできます。次の表は、「非極性」、「極性非プロトン性」、および「極性プロトン性」からの直感が数値化されていることを示しています。つまり、「極性」分子はδPのレベルが高く、プロトン性溶媒はδHのレベルが高くなります。数値が使用されているため、数字を比較することで合理的に比較できます。たとえば、アセトニトリルはアセトンよりもはるかに極性が高いですが、水素結合はわずかに弱くなります。

環境やその他の理由により、同等の溶解力を持つ別の溶剤または溶剤混合物と交換する必要がある場合、それぞれのハンセン溶解度パラメータに基づいて交換を行うことができる。混合物の値は、純粋な溶剤の値の加重平均として取られる。これは、試行錯誤、値のスプレッドシート、またはHSPソフトウェアによって計算できる。^{[14] [15]}トルエンと1,4-ジオキサンの1:1混合物のδD、δP、δH値は17.8、1.6、5.5であり、クロロホルムのそれぞれ17.8、3.1、5.7に匹敵する。トルエン自体に関連する健康被害のため、完全なHSPデータセットを使用して他の溶剤混合物を見つけることができる。

沸点は蒸発の速度を決定する重要な特性です。ジエチルエーテル、ジクロロメタン、アセトンなどの低沸点溶媒は少量であれば室温で数秒で蒸発しますが、水やジメチルスルホキシドなどの高沸点溶媒は、より速い蒸発のためにはより高い温度、空気の流れ、または真空の適用が必要になります。

• 低沸点物質: 沸点が100℃未満（水の沸点）
• 中温ボイラー: 100 °C ～ 150 °C
• 高沸点物: 150℃以上

ほとんどの有機溶媒は水よりも密度が低いため、水よりも軽く、水の上に層を形成します。重要な例外として、ジクロロメタンやクロロホルムなどのハロゲン化溶媒のほとんどは容器の底に沈み、水が上層として残ります。これは、化学合成中に分液漏斗で化合物を溶媒と水に分配するときに覚えておくことが重要です。

多くの場合、密度の代わりに比重が引用されます。比重は、溶媒の密度を同じ温度の水の密度で割った値として定義されます。したがって、比重は単位のない値です。水に不溶性の溶媒が水と混合したときに浮くか (SG < 1.0)、沈むか (SG > 1.0) を簡単に伝えます。

多成分溶剤は第二次世界大戦後にソ連で登場し、ソ連崩壊後の国々で使用され、生産され続けています。これらの溶剤には 1 つ以上の用途がありますが、万能な調合物ではありません。

ほとんどの有機溶剤は、その揮発性に応じて可燃性または非常に可燃性です。例外は、ジクロロメタンやクロロホルムなどの一部の塩素系溶剤です。溶剤蒸気と空気の混合物は爆発する可能性があります。溶剤蒸気は空気より重いため、底に沈み、ほとんど希釈されずに長距離を移動します。溶剤蒸気は、空のドラム缶や缶の中にも入っている場合があり、突発火災の危険があります。そのため、揮発性溶剤の空の容器は、開いた状態で逆さまにして保管する必要があります。

ジエチルエーテルと二硫化炭素はどちらも自然発火温度が非常に低いため、これらの溶剤に関連する火災の危険性が大幅に高まります。二硫化炭素の自然発火温度は 100 °C (212 °F) 未満であるため、蒸気管、電球、ホットプレート、最近消火したブンゼンバーナーなどの物体は、その蒸気に引火する可能性があります。

さらに、メタノールなどの溶剤は非常に高温の炎を出して燃えることがあり、照明条件によってはほとんど目に見えないこともあります。^{[21] [22]}これにより、炎が他の物質に広がるまで、危険な火災の適切な認識が遅れたり、妨げられたりする可能性があります。

ジエチルエーテルやテトラヒドロフラン(THF)などのエーテルは、酸素や光にさらされると、非常に爆発性の高い有機過酸化物を形成する可能性があります。通常、THF はジエチルエーテルよりもこのような過酸化物を形成する可能性が高くなります。最も影響を受けやすい溶媒の 1 つはジイソプロピルエーテルですが、すべてのエーテルは潜在的な過酸化物の発生源であると考えられています。

ヘテロ原子 (酸素)は、別のフリーラジカルによる水素原子の抽出によって形成されるフリーラジカルの形成を安定化します。 ^{[説明が必要]}このようにして形成された炭素中心のフリーラジカルは、酸素分子と反応して過酸化物化合物を形成できます。過酸化物の形成プロセスは、低レベルの光にさらされるだけでも大幅に加速されますが、暗い条件でもゆっくりと進行することがあります。

過酸化物を破壊できる乾燥剤を使用しない限り、沸点が高いため、蒸留中に濃縮されます。十分な量の過酸化物が形成されると、容器やボトルの口に結晶性の、衝撃に弱い固体沈殿物が形成されることがあります。容器の内側をこすったり、沈殿物を取り除いたり、単にキャップをひねったりするなどの小さな機械的撹乱によって、過酸化物が爆発または起爆するのに十分なエネルギーが得られる場合があります。新しい溶媒がすぐに使い切られる場合、過酸化物の形成は大きな問題にはなりませんが、1 つのボトルを使い切るのに何年もかかる可能性がある研究室では、より大きな問題となります。少量使用者は、過酸化物が発生しやすい溶媒を少量だけ入手し、古い溶媒は定期的に処分する必要があります。

爆発的な過酸化物の形成を避けるために、エーテルは光と空気の両方が過酸化物の形成を促進する可能性があるため、光を避けて密閉容器に保管する必要があります。^[23]

エーテル中の過酸化物の存在を検出するには、いくつかの試験法が使用できます。1つは、硫酸鉄(II)とチオシアン酸カリウムの組み合わせを使用する方法です。過酸化物は、 Fe ^{2+イオンをFe 3+}イオンに酸化することができ、その後、チオシアン酸と深紅色の配位錯体を形成します。

過酸化物は、酸性硫酸鉄(II)で洗浄するか、アルミナで濾過するか、ナトリウム/ベンゾフェノンから蒸留することで除去できる。アルミナは過酸化物を分解するが、一部はそのまま残る可能性があるため、適切に処分する必要がある。^[24]ナトリウム/ベンゾフェノンを使用する利点は、水分と酸素も除去される点である。^[25]

溶剤への曝露に関連する一般的な健康被害には、神経系への毒性、生殖障害、肝臓および腎臓の障害、呼吸器障害、癌、難聴、^{[26] [27]}および皮膚炎^{[28] など}がある。

多くの溶剤^{[どれ？ ]}は、大量に吸入すると突然の意識喪失を引き起こす可能性があります。 ^[要出典]ジエチルエーテルやクロロホルムなどの溶剤は、麻酔薬、鎮静剤、催眠剤として医療で長い間使用されてきました。^{[いつ？ ]}多くの溶剤 (ガソリンや溶剤ベースの接着剤など)は、接着剤を吸うという娯楽目的で乱用されており、神経毒性や癌などの長期的な健康被害を引き起こすことがよくあります。下請け業者が1,5-ペンタンジオールを精神活性物質1,4-ブタンジオールに不正に置き換えたことが、Bindeez製品のリコールの原因となりました。^[29]

エタノール（穀物アルコール）は、広く使用され、乱用されている向精神薬です。摂取すると、メタノール、1-プロパノール、エチレングリコールなどのいわゆる「有毒アルコール」（エタノール以外）は、有毒なアルデヒドや酸に代謝され、致命的な代謝性アシドーシスを引き起こす可能性があります。^{[30]一般に入手可能なアルコール溶剤であるメタノールは、摂取すると永久的な失明や死を引き起こす可能性があります。}フラッキング流体に使用される溶剤である2-ブトキシエタノールは、低血圧や代謝性アシドーシスを引き起こす可能性があります。 ^[31]

慢性的な溶剤への曝露は、長期間にわたって繰り返される溶剤蒸気の吸入、または希釈された溶剤の摂取によって引き起こされることが多いです。

溶剤の中には、肝臓、腎臓、神経系、脳などの内臓にダメージを与えるものがあります。溶剤への長期または反復暴露による脳への蓄積的な影響は、慢性溶剤誘発性脳症（CSE）と呼ばれます。^[32]

職場環境で有機溶剤に慢性的にさらされると、さまざまな神経精神病的悪影響が生じる可能性があります。たとえば、有機溶剤への職業的暴露は、アルコール依存症に苦しむ塗装工の数の増加と関連しています。^[33]エタノールは、多くの溶剤と組み合わせて摂取すると相乗効果を発揮します。たとえば、トルエン/ベンゼンとエタノールを組み合わせると、どちらか一方を単独で摂取した場合よりも吐き気や嘔吐が強くなります。

いくつかの有機溶剤は白内障を引き起こすことが知られているか、またはその疑いがあります。芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素、アルコール、エステル、ケトン、テルペンの混合物は、眼の水晶体の白内障を発症するリスクを大幅に高めることがわかりました。 ^[34]

健康被害を引き起こす主な経路は、溶剤、特に塩素系溶剤の流出や漏洩が土壌にまで達することです。溶剤は容易にかなりの距離を移動するため、広範囲にわたる土壌汚染が発生することも珍しくありません。特に帯水層が汚染されている場合は健康リスクとなります。 ^{[35]地下の溶剤汚染が広範囲に及ぶ場所では} 蒸気の侵入が発生することがあります。^[36]

ウィキメディア・コモンズには、溶剤に関連するメディアがあります。

• ASTDR
• 建設|改修|リノベーション
• 溶媒和の自由エネルギー
• 国際がん研究機関
• 溶媒は、蒸留前に適切な乾燥剤で還流され、水分が除去されることが多い。これは、水が意図した反応を妨げる可能性がある化学合成の前に行われることがある。
• 水混和性溶剤のリスト
• リオルミネセンス
• 労働衛生
• 分配係数（log P）は、2つの溶媒に対する化合物の溶解度の差の尺度である。
• 汚染
• 溶媒和
• 通常の有機溶媒の領域外には、超臨界流体、イオン液体、深共晶溶媒などの溶媒系が存在する。
• スーパーファンド
• 揮発性有機化合物
• 水モデル
• 水質汚染

• Lowery TH、Richardson KS (1987)。有機化学のメカニズムと理論（第3版）。Harper Collins Publishers。ISBN 978-0-06-364044-3。

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• 溶媒選択ツール ACS グリーン化学研究所
• 「欧州溶剤産業グループ - ESIG - ESIG 欧州溶剤産業グループ」ヨーロッパの溶剤。
• 表とテキスト O-Chem 講義
• 表 有機溶剤の特性と毒性
• CDC – 有機溶剤 – NIOSH 職場の安全と健康に関するトピック
• EPA – 溶剤汚染ワイプ