有机化学年度论文

西安文理学院化学与化学工程学院学年论文题目冠醚的性质及其重要的作用姓名王豫鑫学号0905120429专业年级化学类12级4班指导教师王留昌日期2014年6月6日冠醚的性质及其发展的重要作用摘要简要介绍了冠醚的结构、性能，冠醚化学的产生、发展及应用。重点介绍了:1.冠醚化合物的简介及其发现与制备；2.冠醚的特点及其化学性质；3.冠醚在有机合成、土壤化学以及新型冠醚的络合作用及催化作用。并展望了其广阔的应用前景。关键词：冠醚、命名方法、制备、性质、发展。一、冠醚简介通过冠醚的名称分析我们就可以得到，冠醚是一类含有醚基的杂环化合物的总称，冠醚又被称为“大环醚”。在有机化学中冠醚被定义为：一类含有多个氧原子的大环化合物的总称。冠醚的基本单元为亚乙氧基（—CH2CH2O—），该结构单元若被重复两次就可以得到最简单的冠醚，一种二氧六环的环状低聚物。重复四次则为12—冠—4，依次类推，目前世界上已经有上万种的冠醚化化合物，其中最为常见的冠醚为15—冠（醚）—5、18—冠（醚）—6。冠醚有一定的毒性，必须避免吸入其蒸气或与皮肤接触。二、冠醚的发现20世纪60年代，有机化学有了很大的发展，但是现有的有机化合物依然满足不了人们的需求。1967年，美国杜邦公司的J.C.Pedersen(佩德森)教授在研究烯烃聚合催化剂时首次发现，之后美国化学家C.J.Cram和法国化学家J.M.Lehn从各个角度对冠醚进行了研究，J.M.Lehn首次合成了穴醚。为此，1987年C.J.Pedersen、C.J.Cram和J.M.Lehn共同获得了诺贝尔化学奖。三、冠醚及其化合物的命名其实冠醚的命名方法很简单，其名字组要由三个部分组成：①表示冠醚内原子个数的数字②“冠”字也可以加醚字③表示冠醚中氧原子个数的数字，中间用短线隔开，其基本形式为：原子个数—冠（醚）—氧原子个数另外冠醚还可以和苯环、无机金属离子、烃基等形成其他的化合物，与苯环形成的化合物一般以苯并某冠醚的形式命名，比如：二苯并—18—冠（醚）—6、一苯并—18—冠（醚）—6等。与烃基等取代基形成化合物是其命名方法可用烷烃及其衍生物的命名方法来命名，比如：二环已烷并—18—冠（醚）—6、甲基—18—冠（醚）—6等。当冠醚与相应的无机金属离子形成络合物是可以用络合物的命名方法进行命名，比如：12—冠—4合锂、15—冠—5合钠等。四、冠醚的制备冠醚通常采用威廉森合成法制取：KOH,四氢呋喃溶剂18h，40%威廉森合成法制取18—冠—6该反应的实质为一个取代反应，二氯三亚乙基二醚脱掉氯原子三甘醇羟基脱去氢原子形成大环化合物。二苯并—18—冠—6可以由邻二苯酚与二氯乙基醚二甲亚砜为溶剂氢氧化钾为催化剂的条件下合成，其反应如图1所示：五、冠醚的性质了解一种或一类物质我们就应该了解它所具有的性质，其中性质包括物理性质和化学性质两方面，物理性质包括熔沸点、状态、溶解性等等，化学性质是物质在发生化学变化时才表现出来的性质叫做化学性质。如：可燃性、稳定性、酸性、碱性、氧化性、还原性等、助燃性、腐蚀性等。因此要了解冠醚的性质就必须从物理性质和化学性质两个方面进行了解。下面我们以18—冠—6为例了解冠醚的性质1、冠醚的物理性质18—冠—6醚为白色晶体，熔点36-40°C,沸点116℃（26.6Pa），可溶于水，有毒，因此必须避免吸入其蒸气或与皮肤接触。他对眼睛具有一定的刺激性如果接触眼睛，立即使用大量清水冲洗并送医诊治。2、化学性质（1）与碱金属离子络合由于冠醚是一种大分子环状化合物，其内部有很大的空间，因此它能以正电离子特别是碱金属离子发生络合反应，把无机物带入有机物中，它可以作为想转移催化剂也是基于这个原理。图为18-冠-6与钾离子的络合物结构式。18-冠-6与钾离子络合并不是任何冠醚与任何碱金属离子组合都能形成络合物，冠醚孔径大小与阳离子的直径相匹配，每一种冠醚只能络合对应的正电离子12-冠-4与锂离子络合而不与钠、钾离子络合；18-冠-6不仅与钾离子络合，还可与重氮盐络合，但不与锂或钠离子络合。2、醚的性质既然冠醚为一种醚，含有醚基，那么他就因该具有醚的性质。它可以和氧化剂、还原剂、活泼金属、碱、稀酸等不起反应，但与强酸性物质可以发生某些化学反应。3、氢键与客体分子生成配合物另外冠醚作为主体分子，它可以通过氢键与客体分子形成配合物，这种作用多发生在冠醚与铵离子之间。六、冠醚的发展冠醚的特殊性质引起化学家们的重视，冠醚化学逐渐成为倍受关注的新兴边缘学科，目前已渗透到了化学的许多领域，例如有机合成、配位化学、分析化学、萃取化学等。在分子催化、酶模拟、生物学、土壤化学及医药等领域也得到广泛的应用。下面我们主要介绍冠醚在有机合成与分析化学种的应用。1、冠醚在有机合成中的应用—相转移催化剂在一些有机化学反应中，由于反应物有油态和水态两种状态，在反应中会出现相界，使得反应速度大大减慢。这是我们就需要一种催化剂把水性物质带入油性物质中，同时把油性物质带入水性物质中。由于冠醚为大分子环状化合物，其中间有很大的空间，能携带一些离子等。所以在有机合成中可用冠醚作为相转移催化剂。比如：18-冠-6和乙腈存在下，氰化钾与氯化苄反应得到苯乙腈，产率为100%。2、冠醚土壤化学中的应用—去除环境中的有毒离子离子进入冠醚的空穴中形成聚合物固载试剂，这种物质易处理，可回收利用。所以可用于去除环境中的有毒离子，还能用于水的净化、土壤净化，去除目标金属离子。3、新型冠醚的络合作用及催化作用3.1新型水溶性杯［4］-1,3-氮杂冠醚衍生物的合成及其催化性能研究。杯芳烃是继环糊精和冠醚之后的第三代超分子主体化合物，与环糊精和冠醚相比，杯芳烃更易于进行化学修饰，衍生出各种具有特异功能的衍生物，故在化学物质的分离萃取、毛细管电泳、色谱分析、模拟酶及催化方面表现出广阔的应用前景。由于水溶性杯芳烃衍生物可以在水溶液体系中与客体相互作用，故在有机物分离、污水处理、相转移催化等领域有着潜在的应用前景。为此，张筱逸等人以杯［4］芳烃与N,N-亚乙基双(2-氯乙酰胺)反应制得了杯［4］-1,3-氮杂冠醚衍生物，后经浓硫酸磺化合成了新型水溶性杯［4］-1,3-氮杂冠醚衍生物，研究表明其水溶性氮杂冠醚衍生物作为反相转移催化剂对氯化苄和硫氰酸钾亲核取代反应有一定的催化活性［1］。3.2新型固载化冠醚二苯并-18-冠-6在苯甲酸丁酯合成反应中的相转移催化作用。冠醚的固载化已有报道，但将固载化冠醚用于相转移催化反应的报道较少。由于小分子冠醚化合物有毒性，而冠醚的大分子化可消除其毒性，因此，从提高相转移催化剂的效率和降低其毒性方面考虑，冠醚的大分子固载化显得尤为重要’王世伟等人在交联聚乙烯醇(CPVA)微球表面固载冠醚二苯并-18-冠6(DB18C6)，从而制得了三相相转移催化剂DB18C6—CPVA，研究表明此三相相转移催化剂对苯甲酸钾与溴代正丁烷的酯化反应有优良的催化活性［2］.且此催化剂可循环使用8次。故该催化剂的优点是:安全环保、催化活性高、成本消低。3.3金属铜配合物Cu（II）吨酮冠醚的体外抗肿瘤作用金属配合物顺式二氯二氨合铂自1969年通过实验确定具有抗肿瘤活性，故在1978年被批准用于临床治疗睾丸肿瘤和卵巢癌，现已成为世界上癌症治疗应用最为广泛的3种抗癌药物之一。但由于铂类配合物的严重毒性和耐药性，以及铜配合物的良好抗肿瘤活性，金属铜配合物成为无机抗癌配合物的研究热点’白岩张小郁等人以铜为核心合成了一系列金属铜配合物，他们的研究表明，其中合成的Cu（II）吨酮冠醚在体外有较好抗肿瘤活性，特别对卵巢癌有较高的选择性，有望成为治疗卵巢癌的特效药［3］。七、总结综上所述，冠醚化学作为一门新兴的边缘学科在21世纪的研究中得到了日新月异的蓬勃发展，目前已渗透并广泛应用于21世纪的热点学科:生命科学、材料科学、环境科学、能源科学及药物学’我们坚信，随着世界科学家对其研究的日益深入，冠醚化学必将为人类文明进步再创辉煌。参考文献［1］张筱逸，杨发福，郭红玉，等。新型水溶性杯［4］-1,3-氮杂冠醚衍生物的合成及其催化性能［J］。合成化学，2010，18(4):170-472.［2］王世伟，高保娇，高学超，等。固载化冠醚二苯并-18-冠-6在苯甲酸丁酯合成反应中的相转移催化作用［J］。物理化学学报，2010,26(4):927-930.［3］白岩，卢伍党，李文广，等。金属铜配合物Cu（II）吨酮冠醚的体外抗肿瘤作用［J］。兰州大学学报(医学版)，2010，26(3):21-25.