3.10 两性官能团有机物稀溶液的络合萃取
含两性官能团的有机物具有独特的物理、化学和生物性质，而且具有广泛的应用背景。例如，氨基酸是一类重要的两性官能团化合物，广泛地应用于食品和医药工业。氨基酸产物分离过程中，往往需要调节发酵母液的pH值，利用阳离子或阴离子交换方法分离氨基酸。这一过程的实现导致大量的物耗和对环境的污染。又如对氨基苯酚、氨基苯磺酸以及氨基苯甲酸等都是重要的中间体，广泛应用于染料和医药工业。然而，这类有机物生产中排放的废水毒性很大，可生化性又很差，亟待治理。
两性官能团化合物由于分子中具有两种不同性质的官能团，因此，在水溶液中存在着多个解离平衡。在不同的水相酸度下，溶液中的溶质分别以阳离子（如A+）、荷电中性分子（A±）或中性分子（A）以及阴离子（如A-）形态存在。图3-44（a）、（b）和（c）分别绘出了不同pH值下对氨基苯酚、对氨基苯磺酸和L-苯丙氨酸的各种形态的摩尔分数。十分明显，当质子化Lewis碱性官能团的解离常数pKa小于Lewis酸性官能团的pKa值时（如对氨基苯酚），在中等pH区域，化合物以中性分子（A）形式存在于水溶液中。反之，对于对氨基苯磺酸以及各种氨基酸化合物，由于分子中Lewis酸性官能团体现出更强的酸性，化合物则分别以阳离子、荷电中性分子（A±）和阴离子形式存在。
图3-44 不同pH值下对氨基苯酚、对氨基苯磺酸和L-苯丙氨酸的各种形态的摩尔分数
1—A+；2—A±或A；3—A-
两性官能团化合物，尤其是荷电中性分子的萃取分离研究极少报道。然而，有一些研究结果对于这类体系萃取分离途径的探索是有启发性的。其一，Grinstead等［95］提出采用混合离子型溶剂萃取分离水溶液中的无机盐。混合离子型溶剂一般是由有机酸+有机胺+稀释剂混合而成的。荷电中性分子是一种分子内盐，与无机盐有一定的相似性。如果针对不同的荷电中性分子选择不同Lewis酸碱强度的有机酸和有机胺进行酸碱配对混合，就有可能实现混合离子型溶剂与荷电中性分子之间的离子缔合反应，进行有机物的分离。其二，Mohler和Czarnik等［96］发现苯硼酸和季铵盐或冠醚的混合物通过环合作用能促进苯丙氨酸荷电中性分子在液膜中的传递。在这类过程中，苯硼酸分子和氨基酸荷电中性分子缩水环合形成了五元环螯合物。但是，五元环螯合物不稳定，容易水解，需要改进有机相的环境促进其由水相向有机相的传递。通过这一环合过程可能实现荷电中性分子的萃取分离。其三，通过对荷电中性分子内盐的分析，为两性官能团化合物络合萃取分离的实现提供了启示。如果采用一种与两性化合物中官能团相比具有更强的酸性或碱性的络合剂，有可能实现两性官能团化合物与络合剂之间的质子转移，生成溶质与络合剂之间的离子缔合型萃合物，并使其转移至萃取相内，达到分离的目的［97］。