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Alles was Sie über Spiroverbindungen wissen müssen

Alles was Sie über Spiroverbindungen wissen müssen

Einführung in Spiro-Verbindungen

Eine Spiroverbindung ist eine organische Verbindung, in der zwei bicyclische Ringe durch ein einzelnes Atom gebunden sind. In der Natur können die Strukturen der Ringe im Wesentlichen gleich oder verschieden sein, und das Atom, das die zwei Ringe verbindet, wird spiroatom (Spiralenatom) genannt, gewöhnlich ist es ein Grad 4 Kohlenstoff (auch bekannt als ein Spiralkohlenstoff), und es kann auch Silizium, Phosphor oder Arsen sein. Das Spiroatom ist im Allgemeinen ein quartäres Kohlenstoffatom. Die Spiroverbindung verwendet die Klammern, um die Anzahl der Ringe getrennt zu schreiben. Die Ringnummer enthält auch das Spiroatom selbst, und die kleine Zahl steht vor der Zahl und ist durch einen Punkt getrennt.

Mindestens zwei Ringe in einem Molekül teilen ein Kohlenstoffatom (in anderen Verbindungen andere Atome wie Silizium, Phosphor, Arsen usw.). Die beiden Ringe liegen in zwei zueinander senkrechten Ebenen: geeignet substituierte Spiroverbindungen sind chiral und können in optische Isomere aufgetrennt werden (siehe optische Isomerie). In Bezug auf die Form ist Propadien H2C = C = CH2 der einfachste Spiroring und ein geeignet substituiertes Propadien, wie 1,3-Propadiendisäure, ist optisch aktiv und kann in zwei optisch aktive Isomere gespalten werden. Karosserie.

Klassifizierung

(1) Entsprechend der Anzahl der Spiroatome kann die Spiroverbindung in eine einzelne Spiroverbindung, ein Dispiro, ein Dreifachspiro und eine Multispiralverbindung, die eine Vielzahl von Spiroatomen enthält, eingeteilt werden.

(2) Die carbocyclische Spiroverbindung und die heterocyclische Spiroverbindung können gemß der Art des enthaltenen Atoms klassifiziert werden, und wenn das Kohlenstoffatom, das die carbocyclische Spiroverbindung bildet, durch ein anderes Atom substituiert ist, wird eine heterocyclische Spiroverbindung gebildet.

(3) Je nach Art des Rings kann er in gesättigte, ungesättigte, aromatische und aliphatische Spiroverbindungen unterteilt werden.

(4) Koordination heterospirocyclische Verbindungen. Das Spiroatom in der Spiroverbindung kann ein Kohlenstoffatom oder andere Elemente wie Si, N, P, Ge und dergleichen sein. Wenn das Spiroatom ein Metallatom ist, wird im allgemeinen eine koordinative Bindung gebildet, und eine solche Spiroverbindung wird als koordinierende heterocyclische Verbindung bezeichnet.

Polymerische Spiroverbindung

Die polymere Spiroverbindung ist eine Kombination von zwei oder mehr Spiroatomen als drei oder mehr Ringe. Bei der Benennung einer Spiroverbindung bedeutet ein numerisches Adjektiv, das dem Namen Di-, Tri-, Tetra-, ... usw. hinzufügt, die Anzahl der Spiroatome, die getrennt zwischen den Ringen existieren. Die Atome in der Spiroverbindung wurden systematisch nummeriert. Die Terminologie einer polyspirocyclischen Verbindung beginnt mit einem Ringmolekül, das ein Spiroatom verbindet, das als terminaler Ring bezeichnet wird. Diese polyspirocyclischen Moleküle können zwei oder mehr endständige Ringe haben und sind an eine multispirocyclische Verbindung gebunden. Unter ihnen ist nur ein Spiralatom miteinander verbunden. Die Nomenklatur im terminalen Ring wird durch das Atom neben dem Spiroatom, markiert als die Zahl 1, initiiert, und das Molekül wird dann nummeriert, beginnend mit dem Molekül.

Zwei oder mehr Terminal-Ringe, die Startnummer des Terminal-Rings wird eine andere Auswahlmethode haben. Wenn das erste Spiroatom nummeriert ist, sollten die nachfolgenden Spiroverbindungen mit der kleinsten möglichen Spirale verbunden sein. Nummerierung. Angenommen, es gibt eine Verbindung mit zwei terminalen Ringen, einer mit 6-Atomen und der andere mit 8-Atomen. Die Nummerierung wird mit einem Ring von 6-Atomen gestartet, da nach der Nummerierung der Spiroatom mit 6 nummeriert wird. Wenn der Ring, der aus 8-Atomen besteht, beginnt, wird der Spiroatom mit 8 nummeriert. Die Richtung der Zahl wird durch Spiroatom bestimmt (beginnend am ersten Spiroatom des bereits nummerierten Ringes). Angenommen, das Schneckenatom beginnt in einer Richtung zu nummerieren, und wenn die Zahl kleiner als die Zahl in der anderen Richtung ist, wird das Schneckenatom ausgewählt. Die Richtung mit der kleineren Nummer wird zum Starten der Benennung verwendet. Im nachfolgenden Spiralatom ist die Anzahl der Zahlen nicht so wichtig. In einigen Fällen werden die ersten zwei, drei, vier oder mehr Spiroatome auf die gleiche Nummer programmiert, unabhängig davon, in welcher Richtung sie nummeriert sind. Die Auswahl der Nummerierungsrichtung wird durch den Nummerierungsprozeß ausgewählt, wenn eine unterschiedliche Anzahl von Schraubenatomen angetroffen wird, und die Richtung der Spiralatome mit niedrigerer Nummerierung wird ausgewählt. Wenn zum Beispiel das Nummerierungssystem in einer Richtung lautet, lautet die Nummer jedes Spiroatoms 3, 5, 7, 10 und die Anzahl der Spiroatome in der anderen Richtung lautet 3, 5, 7, 9 und dann die Richtung der zweiten Zahl ist ausgewählt. . In diesem Fall ist in der Richtung der ersten Zahl die Zahl zwischen den beiden Spiralatomen 7 und 10 und in der entgegengesetzten Richtung 7 und 9. Die Nummerierung eines Schraubenatoms danach ist nicht wichtig, und die Nummerierungsrichtung wurde durch die Richtung der Zahl 9 bestimmt.

Bei der Benennung mehrerer Spiroringe zeigt die erste Zahl in Klammern an, dass das Atom im ersten Ring, das dem Spiroatom am nächsten ist, die Nummer eins ist. Die verbleibenden Zahlen stellen die Anzahl der Atome zwischen den Spiroatomen oder den Atomen im terminalen Ring dar. Jede Nummer ist durch einen Zeitraum (englische Periode) getrennt. In diesem Beispiel gibt es zwei Atome (nummeriert 1 und 2) vor dem ersten Spiroatom (3). Zwischen 3- und 4-Spiroatomen gibt es keine Atome. Das Gleiche gilt für Spiroatome bei 4 und 5, 5 und 6. Es gibt zwei Atome auf dem zweiten Terminalring, 6 und 5, 5 und 4, und zwischen 4 und 3 gibt es einen.

Daher wird die Sequenz [2.0.0.0.2.1.1.1] erhalten. Im Beispiel rechts gibt es zwei Spiroatome, daher beginnt der Name Dispiro. Im ersten Terminalring gibt es zwei Atome, die den Namen Dispiro [2 angeben. Als nächstes gibt es ein und vier Atome im anderen Terminalring zwischen den beiden Spiroatomen, was den Namen zweier Schnecken offenbart [2.1.3 5. Das zweite Spiroatom mit der Nummer 5 wurde als Pfad hinzugefügt, der auf die Anzahl der Atome nach der Anzahl der Atome im terminalen Ring trifft. Zuletzt wurden 9 - und 10 - Atome zwischen 3 - und 5 - Spiroatomen addiert gleiche Anzahl von Atomen der Spiro-Verbindung, Dekan, namedispiro [2.1.3 5. 2 3] Dekan durch den Namen offenbart.

Allgemeine Nomenklatur von Spiroverbindungen
Die monospirocyclische Verbindung bestimmt die Bezeichnung des Stammkohlenwasserstoffs gemäß der Gesamtzahl der Kohlenstoffatome, die an der Ringbildung beteiligt sind; alle Atome am Spiroring sind in der Reihenfolge des kleinen Rings nummeriert und der große Ring und die Spiroatome sind minimiert; dann folgen ihnen eckige Klammern. Die Nummerierungssequenz des gesamten Rings ist numerisch durch die Anzahl von Kohlenstoffatomen angegeben, die zwischen den jeweiligen Spiroatomen eingeschlossen sind, plus vor dem Namen des Kettenkohlenwasserstoffs, der dem gesamten Ring entspricht; die Zahlen sind durch einen unteren Punkt getrennt, in der Form: Schnecke [a, b] ein Alkan.

Hybridschraube

Der anomere Effekt eines heterospiralen Rings bedeutet, dass zwei Elektronen-positive Atome oder einsame Elektronenpaare in der Konformation in die entgegengesetzte Richtung verlaufen, um das Dipolmoment des Moleküls zu verringern und die intramolekulare Energie zu reduzieren. In 1968 schlug das Descotes-Forschungsteam zunächst einen anomeren Effekt vor. Bei der Untersuchung des bicyclischen Acetals fanden sie heraus, dass die beiden Verbindungen in der nachstehenden Abbildung 57% des cis - Isomers und 43% des trans - Isomers im Gleichgewichtsgemisch an 80 C enthielten. Das cis - Isomer - Verhältnis trans Das Isomer war stabil mit Energiedifferenz von 0.71 kJ / mol. Wegen der anomeren Wirkung des cis-Isomers hat das trans-Isomer keinen solchen Effekt.

Chiralität

Einige Schneckenverbindungen haben eine axiale Chiralität. Spiroatome können chirale Zentren sein, selbst wenn ihnen die vier verschiedenen Substituenten fehlen, die für die Chiralität benötigt werden. Wenn die zwei Ringe gleich sind, weist das CIP-System eine höhere Priorität zum Verlängern der Erweiterung eines Rings und eines anderen Rings niedrigerer Priorität zu. Es kann angewendet werden, wenn der Ring nicht ähnlich ist.

Cyclische Verbindungen können nach folgenden Kriterien klassifiziert werden:

• Alicyclische Verbindung

Dies ist eine organische Verbindung, die sowohl eine aliphatische Verbindung als auch eine cyclische Verbindung ist. Sie enthalten einen oder mehrere gesättigte oder ungesättigte carbocyclische Ringe, aber die Ringe sind nicht aromatisch.

• Naphthenisch

Je nach Größe des Rings können Naphthene in kleine, mittlere und große klassifiziert werden. Cyclopropan und Cyclobutan gelten als klein. Gewöhnliches Cyclopentan, Cyclohexan, Cycloheptan und Cyclooctan zu Cyclotridecan sind mittelgroß und größere werden als große Naphthene angesehen.

Cycloolefin

Dies ist ein cyclischer Kohlenwasserstoff mit einer In-Kohlenstoff-Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung. Einfache cyclische Monoolefine umfassen Cyclopropen, Cyclobuten, Cyclopenten und Cyclohexen, während cyclische Polyene Cyclopropadien, Cyclobutadien, Cyclopentadien aufweisen. Warten. Bestimmte cyclische Olefine, wie Cyclobuten und Cyclopenten, können als Monomere polymerisiert werden, um Polymere zu bilden.

• Aromatischer Kohlenwasserstoff

Die einfachsten und wichtigsten aromatischen Kohlenwasserstoffe sind Benzol und seine Homologen wie Toluol, Xylol, Ethylbenzol und dergleichen. In Aromaten sind einige aromatische Ringe nicht vollständig Benzolstrukturen, aber die Kohlenstoffatome in ihnen sind durch Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel und andere Elemente ersetzt. Wir nennen sie Heterozyklen wie fünf Yuan wie Furan. Der Ring enthält ein Sauerstoffatom und das Pyrrol enthält ein Stickstoffatom. Thiophen enthält ein Schwefelatom und dergleichen.

Und Aromaten können unterteilt werden in:

• Monocyclischer aromatischer Kohlenwasserstoff
• Polycyclischer aromatischer Kohlenwasserstoff
Die aromatischen Kohlenwasserstoffe mit einer Kettenform werden allgemein als aliphatische Arene bezeichnet, und übliche aliphatische aromatische Kohlenwasserstoffe sind Toluol, Ethylbenzol, Styrol und dergleichen.
• Heterocyclische Verbindung

Es besteht aus einem aromatischen Ring, der keinen heterocyclischen Ring oder einen Substituenten enthält. Viele von ihnen sind bekannte oder potentielle Karzinogene. Die einfachste dieser Chemikalie ist Naphthalin mit zwei aromatischen Ringen sowie tricyclische Verbindungen Ruthenium und Phenanthren.

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe sind neutrale, unpolare Moleküle, die in Kohle- und Teerablagerungen vorkommen. Sie auch organische Stoffe durch unvollständige Verbrennung (z. B. der Motor und die Verbrennungsanlage, wenn Waldbrände in der Verbrennung von Biomasse, etc.). Zum Beispiel wird es durch unvollständige Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen wie Brennholz, Holzkohle, Fett und Tabak erzeugt. Auch in verkohltem Fleisch gefunden.

Polycyclische aromatische Verbindungen über drei Ringen haben eine geringe Löslichkeit und einen niedrigen Dampfdruck in Wasser. Wenn das Molekulargewicht zunimmt, nehmen sowohl die Löslichkeit als auch der Dampfdruck ab. Die bicyclischen polycyclischen aromatischen Verbindungen haben eine geringere Löslichkeit und niedrigeren Dampfdruck. Polycyclische Aromaten finden sich daher häufiger im Boden und in Sedimenten als in Wasser und Luft. Polycyclische aromatische Verbindungen werden jedoch häufig an Schwebeteilchen in der Luft gefunden.

Viele polycyclische aromatische Verbindungen wurden als Karzinogene definiert. Berichte aus klinischen Studien deuten darauf hin, dass eine langfristige Exposition gegenüber polyzyklischen aromatischen Verbindungen in hohen Konzentrationen Hautkrebs, Lungenkrebs, Magenkrebs und Leberkrebs verursachen kann. Polyzyklische aromatische Verbindungen können genetisches Material im Körper zerstören, das Wachstum von Krebszellen auslösen und die Krebsinzidenz erhöhen.

Wenn das Molekulargewicht erhöht wird, ist auch die Kanzerogenität der polycyclischen aromatischen Verbindung erhöht und die akute Toxizität ist vermindert. Eine polycyclische aromatische Verbindung, Benzo [a] pyren (Benzo [a] pyren), war das erste chemische Karzinogen, das entdeckt wurde.

Anwendung

Polymer-Expansionsmittel

Die Volumenschrumpfung des Polymers während der Polymerisation oder Verfestigung wird durch die Van-der-Waals-Kraft zwischen den Monomermolekülen im flüssigen Zustand oder den unvernetzten langkettigen Molekülen verursacht, und der Abstand zwischen den Molekülen ist groß; nach Polymerisation oder Vernetzung führen kovalente Bindungsabstände zwischen Struktureinheiten nur zu einer Schrumpfung des Polymervolumens. Es wird erwähnt, dass die Schrumpfung manchmal für das Polymer fatal ist, wie zum Beispiel eine beschleunigte Alterung des Polymers, eine Verformung und eine verringerte Gesamtleistung. Um das Volumenschrumpfungsproblem der Polymeraushärtung zu lösen, haben Chemiker unermüdliche Anstrengungen unternommen, aber im allgemeinen können sie Volumenschrumpfung nur reduzieren und nicht vollständig eliminieren. Bis 1972, Bailey et al. entwickelten eine Reihe von Spiroverbindungen und fanden heraus, dass diese Verbindungen polymerisiert sind. Wenn das Volumen nicht schrumpft, dehnt es sich aus. Die Entdeckung von expandierten Monomeren hat das Interesse vieler Wissenschaftler geweckt, und es wurde viel geforscht. Expandierte Monomere sind zu sehr aktiven funktionellen Polymermaterialien geworden. Strukturierte Verbindungen wie Spiroorthoester und Spiroorthocarbonat sind gute Expansionsmonomere und wurden bei der Herstellung von hochfesten Verbundstoffen, Hochleistungsbindemitteln, biologisch abbaubaren Polymermaterialien und medizinischen Polymermaterialien verwendet. Modifikation von Allzweckpolymeren und Synthese von Oligomeren mit funktionellen Gruppen.

Elektrolumineszenz

Ob eine organische Verbindung Licht emittiert oder nicht, und die Wellenlänge der Lichtemission und die Effizienz der Lichtemission hängen hauptsächlich von der chemischen Struktur ab. Fluoreszenz tritt gewöhnlich in Molekülen mit starren Ebenen und konjugierten Systemen auf, was den Elektronenkonjugationseffekt und die Koplanarität der Moleküle verstärkt, was vorteilhaft ist, um die Fluoreszenzeffizienz zu verbessern. Es gibt viele organische Hell-Dunkel-Materialien. Die Haupttypen sind: Spiroring, Poly-p-phenylenvinylen, Polythiophen, Polythiadiazol und Metallkoordinationsverbindungen. Unter diesen haben spirocyclische aromatische Verbindungen große konjugierte Systeme und gute Starrheit und Koplanarität, hohe Glasübergangstemperatur und hohe thermische Stabilität. Die EL-Vorrichtung ist einfach in der Verarbeitung und erfordert keine komplizierte Ausrüstung, so dass es möglich ist, die Herstellungskosten während des Zeitraums zu reduzieren und leicht großflächige Vorrichtungen vorzubereiten.

Schädlingsbekämpfungsmittel

Der kondensierte Ring und die Spiroverbindung, die ein Heteroatom enthalten, sind aufgrund ihres einzigartigen Wirkungsmechanismus nicht leicht zu produzieren und haben bei der Entwicklung von Pestiziden umfangreiche Aufmerksamkeit erhalten. Zum Beispiel: Rudi et al. berichteten über 3,9-Dichlor-2,4,8,10-Tetraoxa-3,9-Diphosphaspiro [5.5] Undecan-3,9-Dioxid und Sulfid Wasserstoff wurde umgesetzt, um eine neue Spiroverbindung zu synthetisieren, 3,9-Dihydro-3,9-Dithio-2,4,8,10-Tetraoxa-3,9-Diphospho [5.5] Undekan. Seine Derivate sind eine neue Klasse von Organophosphat-Insektiziden und Herbiziden, die Senf, Ambrosia usw. aus Weizen, Getreide, Baumwolle und Sojabohnen effektiv entfernen können.