Blog

Alt hvad du behøver at vide om spiroforbindelser

Alt hvad du behøver at vide om spiroforbindelser

Introduktion til Spiro-forbindelser

En spiroforbindelse er en organisk forbindelse, hvori to bicykliske ringe er bundet af et enkelt atom. I naturen kan ringernes strukturer være i det væsentlige ens eller forskellige, og atomet, der forbinder de to ringe kaldes spiroatom (spiralatom), normalt er det et klasse 4-carbon (også kendt som spiralcarbon), og det kan også være silicium, fosfor eller arsen. Spiro-atomet er generelt et kvaternært carbonatom. Spiro-forbindelsen bruger parenteserne til at skrive antallet af ringe separat. Ringnummeret indeholder også selve spiro-atomet, og det lille tal vil være foran nummeret og adskilt af en prik.

Mindst to ringe i et molekyle deler et carbonatom (i andre forbindelser, andre atomer, såsom silicium, fosfor, arsen, etc.). De to ringe er placeret på to planer vinkelret på hinanden: passende substituerede spiroforbindelser er chirale og kan opløses i optiske isomerer (se optisk isomerisme). Med hensyn til form er propadien H2C = C = CH2 den simpleste spiroring, og en passende substitueret propadien, såsom 1,3-propadienediinsyre, er optisk aktiv og kan opdeles i to optisk aktive isomerer. legeme.

Classificatio

(1) Ifølge antallet af spiroatomer kan spiroforbindelsen klassificeres i en enkelt spiroforbindelse, en dispiro, en triple spiro og en multi-spiralforbindelse indeholdende en flerhed af spiroatomer.

(2) Den carbocykliske spiroforbindelse og den heterocykliske spiroforbindelse kan klassificeres i overensstemmelse med typen af ​​det atom, der skal indeholde, og når carbonatomet, som udgør den carbocykliske spiroforbindelse, er substitueret med et andet atom, dannes en heterocyklisk spiroforbindelse.

(3) Ifølge typen af ​​ring kan den opdeles i mættede, umættede, aromatiske og alifatiske spiroforbindelser.

(4) Koordinerings heterospirocykliske forbindelser. Spiro-atom i spiroforbindelsen kan være et carbonatom eller andre elementer, såsom Si, N, P, Ge og lignende. Hvis spiro-atomet er et metalatom, dannes en koordinatbinding generelt, og en sådan spiroforbindelse betegnes som en koordinerende heterocyklisk forbindelse.

Polymer spiro forbindelse

Den polymere spiroforbindelse er en kombination af to eller flere spiroatomer som tre eller flere ringe. Ved navngivning af en spiroforbindelse betyder et numerisk adjektiv, der tilføjer di-, tri-, tetra-, ... osv. Til navnet det antal spiroatomer, der findes separat mellem ringene. Atomer i spiroforbindelsen er systematisk nummereret. Terminologien for en polyspirocyklisk forbindelse begynder med et ringmolekyle, som forbinder et spiroatom, som kaldes en terminalring. Disse polyspirocykliske molekyler kan have to eller flere terminale ringe og er bundet til en multispirocyklisk forbindelse. Blandt dem er kun et spiralatom forbundet med hinanden. Nomenklaturen i terminalringen initieres af atomet ved siden af ​​spiro-atomet, mærket som tallet 1, og molekylet nummereres derefter ved at starte med molekylet.

To eller flere terminalringe, terminalringens startnummer vil have en anden udvælgelsesmetode. Når den første spiroatom er nummereret, skal de efterfølgende spiroforbindelser forbindes til den mindste mulige spiral. Nummerering. Antag, at der er en forbindelse med to terminale ringe, en med 6 atomer og den anden med 8 atomer. Nummereringen startes med en ring af 6-atomer, fordi efter nummereringen bliver spiroatom nummereret 6. Hvis ringen bestående af 8 atomer starter, vil spiroatom nummereres 8. Nummerets retning bestemmes af spiroatom (begyndende ved den første spiroatom af den allerede nummererede terminalring). Antag, at snailatomet begynder at nummerere i en retning, og hvis tallet er mindre end tallet i den anden retning, vælges snailatomet. Retningen med det mindre tal bruges til at starte navngivningen. I det efterfølgende spiralatom er nummerets størrelse ikke så vigtigt. I nogle tilfælde programmeres de første to, tre, fire eller flere spiroatomer til samme nummer, uanset hvilken retning de er nummereret. Valget af nummereringsretningen vælges ved nummereringsprocessen, når der findes et andet antal skrueatomer, og retningen af ​​de nedre nummererede spiralatomer er valgt. For eksempel, hvis nummereringssystemet i en retning er antallet af hver spiroatom 3, 5, 7, 10 og antallet af spiroatomer i den anden retning er 3, 5, 7, 9 og derefter retningen af ​​det andet tal er valgt. . I dette tilfælde er tallet mellem de to spiralatomer i retning af det første tal 7 og 10, og i modsat retning, 7 og 9. Nummereringen af ​​et hvilket som helst skrueatom efter det er ikke vigtigt, og nummereringsretningen er blevet bestemt af retningen af ​​tallet 9.

Ved navngivningen af ​​flere spiro-ringe angiver det første tal inden parentes at atomet i den første ring, der er tættest på spiro-atom, er nummer et. De resterende tal repræsenterer antallet af atomer mellem spiroatomerne eller atomerne i terminalringen. Hvert nummer er adskilt af en periode (engelsk periode). I dette eksempel er der to atomer (nummereret 1 og 2) før den første spiroatom (3). Der er ingen atomer mellem 3 og 4 spiroatomer, og det samme gælder for spiroatomer ved 4 og 5, 5 og 6. Der er to atomer på den anden terminalring, 6 og 5, 5 og 4, og der er en mellem 4 og 3.

Derfor opnås sekvensen [2.0.0.0.2.1.1.1]. I eksemplet til højre er der to spiroatomer, så navnet dispiro starter. I den første terminalring er der to atomer, der angiver navnet dispiro [2. Dernæst er der et og fire atomer i den anden terminalring mellem de to spiroatomer og afslører navnet to snegle [2.1.3 5. Den anden spiroatom, nummereret 5, er blevet tilføjet som en vej, der vil støde på antallet af atomer efter antallet af atomer i terminalringen, sidste gang tilføjelse af 9- og 10-atomer mellem 3- og 5-spiroatomer. Derefter tilsættes en alkan med samme antal atomer af spiroforbindelsen, dekan, namedispiro [2.1.3 5 .2 3] dekan afsløret af navnet.

Generel nomenklatur for spiroforbindelser
Den monospirocykliske forbindelse bestemmer navnet på forældende carbonhydrid i overensstemmelse med det totale antal carbonatomer involveret i ringdannelsen; alle atomer på spiroringen er nummereret i størrelsen af ​​den lille ring, og den store ring og spiroatomerne minimeres; så bliver de efterfulgt af firkantede parenteser. Nummereringssekvensen for hele ringen er numerisk indikeret ved antallet af carbonatomer, der er anbragt mellem de respektive spiroatomer, plus foran navnet på kædekolbrinte svarende til hele ringen; Tallene er adskilt af en lavere prik, i form: snegle [a, b] en alkan.

Hybrid skrue

Den anomeriske virkning af en heterospiral ring betyder, at to elektron-positive atomer eller lone par af elektroner i konformationen er i modsat retning for at reducere dipol-momentet i molekylet og reducere den intramolekylære energi. I 1968 foreslog Descotes forskergruppen først en anomer effekt. Da de studerede den bicykliske acetal, fandt de, at de to forbindelser i figuren herunder indeholdt 57% af cis-isomeren og 43% af trans-isomeren i ligevægtsblandingen ved 80 C. Cis-isomerforholdet trans Isomeren var stabil med en energiforskeling af 0.71 kJ / mol. På grund af den cis-isomere anomer effekt har trans-isomeren ingen sådan virkning.

chiralitet

Nogle snegleforbindelser har en aksial chiralitet. Spiroatomer kan være chirale centre, selv når de mangler de fire forskellige substituenter, der er nødvendige for at observere chiralitet. Når de to ringe er ens, tildeler CIP-systemet en højere prioritet for at udvide forlængelsen af ​​en ring og en anden ring med lavere prioritet. Det kan anvendes, når ringen ikke er ens.

Cycliske forbindelser kan klassificeres efter følgende kriterier:

• Alicyklisk forbindelse

Dette er en organisk forbindelse, som både er en alifatisk forbindelse og en cyklisk forbindelse. De indeholder en eller flere mættede eller umættede carbocykliske ringe, men ringene er ikke aromatiske.

• Naphthenic

Ifølge ringens størrelse kan naphthener klassificeres i små, mellemstore og store. Cyclopropan og cyclobutan betragtes som små. Fælles cyclopentan, cyclohexan, cycloheptan og cyclooctan til cyclotridecan er mellemstore, og større anses for at være store naphthener.

cycloolefinen

Dette er et cyklisk carbonhydrid med en carboncarbon-dobbeltbinding inden for carbon. Simple cykliske monoolefiner indbefatter cyclopropen, cyclobuten, cyclopenten og cyclohexen, mens cykliske polyener har cyclopropadien, cyclobutadien, cyclopentadien. Vente. Visse cycliske olefiner, såsom cyclobuten og cyclopenten, kan polymeriseres som monomerer til dannelse af polymerer.

• Aromatisk kulbrinte

De enkleste og vigtigste aromatiske carbonhydrider er benzen og dets homologer såsom toluen, xylen, ethylbenzen og lignende. I aromatiske stoffer er nogle aromatiske ringe ikke fuldstændige benzenstrukturer, men carbonatomerne i dem erstattes af nitrogen, ilt, svovl og andre elementer. Vi kalder dem heterocykler, såsom fem yuan som furan. Ringen indbefatter et oxygenatom, og pyrrolen indeholder et nitrogenatom. Tiophen indeholder et svovlatom og lignende.

Og aromater kan opdeles i:

• Monocyklisk aromatisk kulbrinte
• Polycyklisk aromatisk kulbrinte
De aromatiske carbonhydrider, der har en kædeform, betegnes generelt alifatiske arener, og almindelige alifatiske aromatiske carbonhydrider er toluen, ethylbenzen, styren og lignende.
• Heterocyklisk forbindelse

Den består af en aromatisk ring, der ikke indeholder en heterocyklisk ring eller en substituent. Mange af dem er kendte eller potentielle kræftfremkaldende stoffer. Det enkleste af dette kemikalie er naphthalen, med to aromatiske ringe såvel som tricykliske forbindelser ruthenium og phenanthrene.

Polycycliske aromatiske carbonhydrider er neutrale, ikke-polære molekyler, der findes i kul- og tjæreaflejringer. De også organiske stoffer ved ufuldstændig forbrænding (f.eks. Motoren og forbrændingsanlægget, når skoven brænder i biomasseforbrændingen osv.). For eksempel er det produceret ved ufuldstændig forbrænding af carbonholdige brændstoffer, såsom brænde, trækul, fedt og tobak. Findes også i forkølet kød.

Polycycliske aromatiske forbindelser over tre ringe har lav opløselighed og lavt damptryk i vand. Når molekylvægten stiger, falder både opløseligheden og damptrykket. De bicykliske polycykliske aromatiske forbindelser har lavere opløselighed og damptryk. Polycycliske aromatiske forbindelser findes derfor mere almindeligt i jorden og i sedimenter end i vand og luft. Imidlertid findes polycykliske aromatiske forbindelser ofte på suspenderede partikler i luften.

Mange polycycliske aromatiske forbindelser er blevet defineret som kræftfremkaldende stoffer. Kliniske forsøgsrapporter indikerer, at langvarig eksponering for høje koncentrationer af polycykliske aromatiske forbindelser kan forårsage hudkræft, lungekræft, mavekræft og levercancer. Polycykliske aromatiske forbindelser kan ødelægge genetisk materiale i kroppen, udløse væksten af ​​kræftceller og øge forekomsten af ​​kræft.

Når molekylvægten forøges, øges carcinogeniciteten af ​​den polycykliske aromatiske forbindelse også, og den akutte toksicitet reduceres. En polycyklisk aromatisk forbindelse, Benzo [a] pyren (Benzo [a] pyren) var det første kemiske kræftfremkaldende stof, der blev opdaget.

Anvendelse

Polymer ekspansionsmiddel

Volumenkrympningen af ​​polymeren under polymerisering eller størkning er forårsaget af van der Waals-kraften mellem monomermolekylerne i flydende tilstand eller de ikke-tværbundne langkædede molekyler, og afstanden mellem molekylerne er stor; Efter polymerisering eller tværbinding resulterer kovalente bindingsafstande mellem strukturelle enheder kun i krympning af polymervolumenet. Det nævnes, at krympning undertiden er dødelig for polymeren, såsom at forårsage accelereret aldring af polymeren, deformation og nedsat overordnet præstation. For at løse volumenskrumpingsproblemet ved polymerhærdning har kemikere gjort unremitting indsatser, men generelt kan det kun reducere og ikke fuldstændigt eliminere volumenforringelse. Indtil 1972, Bailey et al. udviklet en række spiroforbindelser og fandt ud af, at disse forbindelser polymeriseres. Når volumenet ikke krymper, udvides det. Opdagelsen af ​​ekspanderede monomerer har tiltrukket interesse for mange forskere, og meget forskning er blevet gennemført. Udvidede monomerer er blevet meget aktive funktionelle polymermaterialer. Strukturerede forbindelser såsom spiro orthoester og spiro orthocarbonat er gode ekspansionsmonomerer og er blevet anvendt til fremstilling af højstyrke-kompositter, højtydende bindemidler, bionedbrydelige polymermaterialer og medicinske polymermaterialer. Modifikation af generelle polymerer og syntese af oligomerer med funktionelle grupper.

elektroluminescens

Hvorvidt en organisk forbindelse udsender lys eller bølgelængden af ​​lysemission og effektiviteten af ​​lysemission afhænger hovedsageligt af den kemiske struktur. Fluorescens opstår sædvanligvis i molekyler med stive planer og konjugerede systemer, som forbedrer elektronkonjugeringseffekten og coplanariteten af ​​molekylerne, hvilket er gavnligt for at forbedre fluorescenseffektiviteten. Der er mange organiske lysmørke materialer. Hovedtyperne er: spiro ring, poly-p-phenylenvinylen, polythiophen, polythiadiazol og metalkoordineringsforbindelser. Blandt dem har spirocykliske aromatiske forbindelser store konjugerede systemer og god stivhed og coplanaritet, høj glasovergangstemperatur og høj termisk stabilitet. EL-enheden er simpel i gang, og kræver ikke kompliceret udstyr, så det er muligt at reducere fremstillingsomkostningerne i løbet af perioden og for nemt at forberede apparater med stor areal.

pesticid

Den sammensmeltede ring og spiroforbindelse indeholdende heteroatom er ikke let at fremstille resistens på grund af deres unikke virkningsmekanisme og har fået stor opmærksomhed i udviklingen af ​​pesticider. For eksempel: Rudi et al. rapporteret 3,9-dichlor-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecan-3,9-dioxid og sulfidhydrogen blev omsat for at syntetisere en ny spiroforbindelse, 3,9-dihydro-3,9-dithio-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphospho [5.5] undecan. Dens derivater er en ny klasse af organophosphat insekticider og herbicider, som effektivt kan fjerne sennep, ragweed osv. Fra hvede, korn, bomuld og sojabønner.