Blog

Vše, co potřebujete vědět o spiro sloučeninách

Vše, co potřebujete vědět o spiro sloučeninách

Úvod do spiro sloučenin

Spiro sloučenina je organická sloučenina, ve které jsou dva bicyklické kruhy vázány jedním atomem. V přírodě mohou být struktury kruhů v podstatě stejné nebo různé a atom spojující tyto dva kruhy se nazývá spiroatom (spirální atom), obvykle jde o uhlík třídy 4 (také známý jako spirální uhlík) a může také křemík, fosfor nebo arzen. Spiro atom je obecně kvartérní atom uhlíku. Spiro sloučenina použije závorky pro samostatné zapisování počtu kroužků. Číslo kruhu také obsahuje samotný atom spiro a malé číslo bude před číslem a bude odděleno tečkou.

Nejméně dva kruhy v molekule sdílejí atom uhlíku (v jiných sloučeninách, jiných atomech, jako je křemík, fosfor, arsen, atd.). Tyto dva kroužky jsou umístěny ve dvou vzájemně kolmých rovinách: vhodně substituované spiro-sloučeniny jsou chirální a mohou být rozděleny na optické izomery (viz optická isomerizace). Pokud jde o formu, propadien H2C = C = CH2 je nejjednodušší spirokruh a vhodně substituovaný propadien, jako je kyselina 1,3-propadendiová, je opticky aktivní a může být rozdělen na dva opticky aktivní izomery. tělo.

Klasifikace

(1) Podle počtu spiro atomů může být spiro sloučenina rozdělena do jedné spiro sloučeniny, dispiro, trojité spiro a vířivé sloučeniny obsahující větší počet spiro atomů.

(2) Karbocyklická spiro-sloučenina a heterocyklická spiro-sloučenina mohou být rozdělena podle druhu atomu, který má být obsažen a když je uhlíkový atom tvořící karbocyklickou spiro-sloučeninu substituován jiným atomem, vzniká heterocyklická spiro-sloučenina.

(3) Podle druhu kruhu se může rozdělit na nasycené, nenasycené, aromatické a alifatické spiro-sloučeniny.

(4) Koordinace heterospirocyklických sloučenin. Spiro atom ve spiro sloučenině může být atom uhlíku nebo jiné prvky, jako je Si, N, P, Ge a podobně. Je-li atom spiro atomem kovu, obecně se vytvoří koordinovaná vazba a taková spiro-sloučenina se označuje jako koordinující heterocyklická sloučenina.

Polymerní spiro sloučenina

Polymerní spirozloučenina je kombinace dvou nebo více spiro atomů ve třech nebo více kruzích. Při pojmenování spirozloučeniny znamená číselné přídavné jméno, které přidává k názvu název di-, tri-, tetra-, ... atd. Počet spiro atomů, které existují odděleně mezi kruhy. Atomy v spiro sloučenině byly systematicky očíslovány. Terminologie polyspirocyklické sloučeniny začíná molekulou kruhu, která spojí atom spiro, který se nazývá koncový kruh. Tyto polyspirocyklické molekuly mohou mít dva nebo více koncových kruhů a jsou připojeny k multi-spirocyklické sloučenině. Mezi nimi je spojen pouze jeden spirální atom. Nomenklatura v terminálním kruhu je iniciována atomem vedle atomu spiro, označeným jako číslo 1, a molekula je číslována počátkem molekuly.

Dva nebo více svorek terminálu bude mít počáteční číslo terminálu k dispozici jiný způsob výběru. Když je první spiroatom očíslován, měly by být následující spiro-sloučeniny spojeny s nejmenší možnou spirálou. Číslování. Předpokládejme, že existuje sloučenina se dvěma koncovými kroužky, jedna s atomy 6 a druhá s atomy 8. Číslování začíná kruhem atomů 6, protože po číslování bude spiroatom očíslován 6. Pokud začne kruh obsahující atomy 8, bude spiroatom očíslován 8. Směr čísla je určen spiroatomem (začíná u prvního spiroatomu již číslovaného koncového kroužku). Předpokládejme, že atom hvězd začíná číslování v jednom směru a pokud je číslo menší než číslo v druhém směru, je zvolen atom hvězdice. Směr s menším číslem se používá k zahájení pojmenování. U následujícího spirálového atomu není počet čísel tak důležitý. V některých případech budou první dva, tři, čtyři nebo více spiroatomů naprogramovány na stejné číslo bez ohledu na to, v jakém směru jsou číslovány. Volba směru číslování se volí procesem číslování, jestliže se zjistí rozdílný počet atomů šroubů a zvolí se směr spodních číselných spirálových atomů. Pokud je například číslovací systém v jednom směru, počet jednotlivých spiroatomů je 3, 5, 7, 10 a počet spiroatomů v opačném směru je 3, 5, 7, 9, pak směr druhého čísla je vybrána. . V tomto případě je ve směru prvního čísla číslo mezi dvěma špirálními atomy 7 a 10 a v opačném směru čísla 7 a 9. Číslování libovolného atomu šroubu po tom není důležité a směr číslování byl určen ve směru čísla 9.

Při pojmenování více spiro kruhů je první číslo v závorkách naznačeno, že atom v prvním kruhu nejblíže atomu spiro je číslo jedna. Zbývající čísla představují počet atomů mezi atomy spiro nebo atomy v terminálním kruhu. Každé číslo je odděleno periodou (anglické období). V tomto příkladu existují dva atomy (očíslované 1 a 2) před prvním spiroatomem (3). Mezi spiroatomy 3 a 4 nejsou žádné atomy, a to platí pro spiroatomy u 4 a 5, 5 a 6. Na druhém terminálovém kruhu jsou dva atomy, 6 a 5, 5 a 4 a existuje jeden mezi 4 a 3.

Proto je získána sekvence [2.0.0.0.2.1.1.1]. V příkladu vpravo jsou dvě spiroatomy, takže začíná název dispiro. V prvním terminálovém kruhu existují dva atomy, označující název dispiro [2. Dále tam jsou jeden a čtyři atomy v druhém terminálovém kruhu mezi dvěma spiroatoms, odhalovat jméno dva slimáky [2.1.3 5. Druhý spiroatom, s číslem 5, byl přidán jako cesta, která se setká s počtem atomů po počtu atomů v terminálním kruhu, při posledním přidání atomů 9 a 10 mezi 3 a 5 spirotomy a potom přidá alkan s stejný počet atomů spirozloučeniny, dekanu, jmenovitého názvu [2.1.3 5 .2 3] dekan.

Obecná nomenklatura spiro sloučenin
Monospirocyklická sloučenina určuje název výchozího uhlovodíku podle celkového počtu atomů uhlíku zapojených do tvorby kruhu; všechny atomy na spiro kruhu jsou číslovány v pořadí malého kruhu a velký kruh a atomy spiro jsou minimalizovány; pak jsou následovány hranatými závorkami. Sekvence číslování celého kruhu je číselně označena počtem atomů uhlíku vložených mezi příslušné spiro-atomy plus před jménem uhlovodíku řetězce odpovídajícím celému kruhu; čísla jsou oddělena dolní tečkou ve tvaru: slimák [a, b] alkan.

Hybridní šroub

Anomerní účinek heterospirálního kruhu znamená, že dva elektronově pozitivní atomy nebo osamělý pár elektronů v konformaci jsou v opačném směru, aby se snížil dipólový moment molekuly a snížila se intramolekulární energie. V 1968 výzkumný tým Descotes nejprve navrhl anomerní efekt. Když studovali bicyklický acetal, zjistili, že dvě sloučeniny na následujícím obrázku obsahovaly 57% cis izomeru a 43% trans izomeru v rovnovážné směsi při 80 C. Poměr cis izomeru trans Izomer byl stabilní s energetický rozdíl 0.71 kJ / mol. Vzhledem k anomernímu účinku cis izomeru nemá trans izomer žádný takový účinek.

Chirality

Některé hlemýžďové sloučeniny mají axiální chirality. Spirotomy mohou být chirálními centry, i když jim chybí čtyři různé substituenty potřebné k pozorování chirality. Pokud jsou dva kroužky stejné, systém CIP přiřazuje vyšší prioritu rozšíření prodloužení jednoho kroužku a jednoho dalšího kruhu s nižší prioritou. Může se použít, když kroužek není podobný.

Cyklické sloučeniny lze klasifikovat podle následujících kritérií:

• Alicyklická směs

Jedná se o organickou sloučeninu, která je jak alifatickou sloučeninou, tak cyklickou sloučeninou. Obsahují jeden nebo více nasycených nebo nenasycených karbocyklických kruhů, ale kroužky nejsou aromatické.

• Naftenický

Podle velikosti prstence mohou být nafteny rozděleny na malé, střední a velké. Cyklopropan a cyklobutan jsou považovány za malé. Běžný cyklopentan, cyklohexan, cykloheptan a cyklooktan pro cyklotridekan jsou střední velikosti a větší jsou považovány za velké nafteny.

Cykloolefin

Jedná se o cyklický uhlovodík, který má dvojnou vazbu uhlík-uhlík uvnitř uhlíku. Jednoduché cyklické monoolefiny zahrnují cyklopropen, cyklobuten, cyklopenten a cyklohexen, zatímco cyklické polyeny mají cyklopropadien, cyklobutadien, cyklopentadien. Počkejte. Určité cyklické olefiny, jako je cyklobuten a cyklopenten, mohou být polymerovány jako monomery za vzniku polymerů.

• Aromatický uhlovodík

Nejjednoduššími a nejdůležitějšími aromatickými uhlovodíky jsou benzen a jeho homology, jako je toluen, xylen, ethylbenzen a podobně. V aromatických částech některé aromatické kruhy nejsou úplně benzenové struktury, ale atomy uhlíku v nich jsou nahrazeny atomy dusíku, kyslíku, síry a dalších prvků. Říkáme jim heterocykly, například pět juanů jako furan. Kruh obsahuje atom kyslíku a pyrrol obsahuje atom dusíku. Thiofen obsahuje atom síry a podobně.

A aromáty lze rozdělit na:

• Monocyklický aromatický uhlovodík
• Polycyklický aromatický uhlovodík
Aromatické uhlovodíky s řetězovým tvarem se obecně označují jako alifatické arény a běžné alifatické aromatické uhlovodíky jsou toluen, ethylbenzen, styren a podobně.
• Heterocyklická sloučenina

Je složen z aromatického kruhu, který neobsahuje heterocyklický kruh nebo substituent. Mnohé z nich jsou známé nebo potenciální karcinogeny. Nejjednodušší z této chemické látky je naftalen, se dvěma aromatickými kruhy, stejně jako tricyklické sloučeniny ruthenium a fenanthren.

Polycyklické aromatické uhlovodíky jsou neutrální, nepolární molekuly nacházející se v ložiskách uhlí a dehtu. Jsou to také organické látky při neúplném spalování (např. Motor a spalovna, při lesních požárech při spalování biomasy apod.). Například je produkován neúplným spalováním uhlíkatých paliv, jako jsou palivové dříví, dřevěné uhlí, mastnoty a tabák. Také se vyskytuje v spáleném masa.

Polycyklické aromatické sloučeniny nad třemi kruhy mají nízkou rozpustnost a nízký tlak par ve vodě. Když vzrůstá molekulová hmotnost, snižuje se rozpustnost i tlak par. Bicyklické polycyklické aromatické sloučeniny mají nižší rozpustnost a tlak par. Polycyklické aromatické sloučeniny se proto častěji vyskytují v půdě a sedimentech než ve vodě a ve vzduchu. Nicméně polycyklické aromatické sloučeniny se často vyskytují na suspendovaných částicích ve vzduchu.

Mnoho polycyklických aromatických sloučenin bylo definováno jako karcinogeny. Zprávy z klinických studií naznačují, že dlouhodobá expozice vysokým koncentracím polycyklických aromatických sloučenin může způsobit rakovinu kůže, rakovinu plic, rakovinu žaludku a rakovinu jater. Polycyklické aromatické sloučeniny mohou zničit genetický materiál v těle, vyvolat růst rakovinných buněk a zvýšit výskyt rakoviny.

Když je molekulová hmotnost zvýšena, karcinogenita polycyklické aromatické sloučeniny je také zvýšena a akutní toxicita je snížena. A polycyklická aromatická sloučenina, benzo [a] pyren (benzo [a] pyren), byl prvním objeveným chemickým karcinogenem.

Aplikace

Polymerní expanzní činidlo

Svalové srážení polymeru během polymerace nebo tuhnutí je způsobeno van der Waalsovou silou mezi molekulami monomeru v kapalném stavu nebo nezesítěnými molekulami s dlouhým řetězcem a vzdálenost mezi molekulami je velká; po polymeraci nebo zesíťování, vzdálenosti kovalentních vazeb mezi konstrukčními jednotkami mají za následek pouze zmenšení objemu polymeru. Uvádí se, že smrštění je někdy fatální vzhledem k polymeru, například způsobuje zrychlené stárnutí polymeru, deformaci a sníženou celkovou výkonnost. Aby se vyřešil problém snižování objemu vytvrzování polymerů, chemici vynaložili neustálé úsilí, ale obecně mohou pouze snížit a zcela eliminovat srážení objemu. Dokud 1972, Bailey a kol. vyvinula řadu spiro sloučenin a zjistila, že tyto sloučeniny jsou polymerovány. Pokud se hlasitost nezhrotí, rozšiřuje se. Objev rozšířených monomerů přitahoval zájem mnoha vědců a mnoho výzkumů bylo provedeno. Expandované monomery se staly velmi účinnými funkčními polymerními materiály. Strukturované sloučeniny, jako je spiro orthoester a spiroortokarbonát, jsou dobré expanzní monomery a používají se při výrobě kompozitů s vysokou pevností, vysoce účinných pojiv, biologicky rozložitelných polymerních materiálů a zdravotnických polymerních materiálů. Modifikace obecně použitelných polymerů a syntéza oligomerů majících funkční skupiny.

Elektroluminiscence

Zda organická sloučenina vydává světlo nebo ne, a vlnová délka emisí světla a účinnost emisí světla závisí hlavně na chemické struktuře. Fluorescence se obvykle vyskytuje v molekulách s tuhými rovinami a konjugovanými systémy, což zvyšuje účinek elektronového konjugace a koplanaritu molekul, což je přínosem pro zlepšení fluorescenční účinnosti. Existuje mnoho organických světlo-tmavých materiálů. Hlavní typy jsou: spiro kruh, poly-p-fenylén vinylen, polythiofen, polythiadiazol a kovové koordinační sloučeniny. Mezi nimi spirocyklické aromatické sloučeniny mají velké konjugované systémy a dobrou tuhost a koplanaritu, vysokou teplotu skelného přechodu a vysokou tepelnou stabilitu. Zařízení EL je jednoduché a nevyžaduje komplikované vybavení, takže je možné snížit výrobní náklady během období a snadno připravit zařízení s velkým rozsahem.

pesticid

Kondenzovaný kruh a heteroskupina obsahující spirozloučeniny není snadné produkovat odolnost kvůli jejich jedinečnému mechanismu působení a dostávalo značnou pozornost při vývoji pesticidů. Například: Rudi et al. 3,9-dihydroxy-2,4,8,10-dithio-3,9-tetraoxa-5.5-difosfiro [3,9] undekan. Jeho deriváty jsou novou třídou organofosfátových insekticidů a herbicidů, které účinně odstraňují hořčici, ragweed atd. Z pšenice, obilovin, bavlny a sójových bobů.