冠醚(crown ethers),又稱大環醚,是含有多個氧原子的大環,合成于20世紀60年代末,其通常采用威廉森合成法制取,即用醇鹽與鹵代烷反應。
冠醚能與陽離子,尤其是與金屬離子絡合,并且隨環的大小不同而與不同的金屬離子絡合。冠醚還可與重氮鹽絡合,但不與鋰或鈉離子絡合。冠醚的這種性質在合成上,使許多在傳統條件下難以反應,甚至不發生的反應,能順利地進行。冠醚與試劑中正離子絡合,使該正離子可溶在有機溶劑中,而與它相對應的陰離子也隨同進入有機溶劑內,冠醚不與負離子絡合,使游離或裸露的負離子反應活性很高,能迅速反應。在此過程中,冠醚把試劑帶入有機溶劑中,稱為相轉移劑或相轉移催化劑,這樣發生的反應稱作相轉移催化反應。
歷史
20世紀60年代,杜邦的C.J.Pedersen在研究烯烴聚合催化劑
時首次發現。之后美國化學家C.J.Cram和法國化學家J.M.Lehn從各個角度對冠醚進行了研究,J.M.Lehn首次合成了穴醚,為此,1987年C.J.Pedersen、C.J.Cram和J.M.Lehn共同獲得了諾貝爾化學獎。
命名方法
冠醚有其獨特的命名方式,命名時把環上所含原子的總數標注在“冠”字之前,把其中所含氧原子數標注在名稱之后,如15-冠(醚)-5、18-冠(醚)-6、二環己烷并-18-冠(醚)-6。
性質與用途
物理性質
以18—冠—6醚為例,18—冠—6醚為白色晶體,熔點36-40°C,沸點116℃(26.6Pa),可溶于水,有毒,因此必須避免吸入其蒸氣或與皮膚接觸。他對眼睛具有一定的刺激性如果接觸眼睛,立即使用大量清水沖洗并送醫診治。
化學性質
1、與堿金屬離子絡合
由于冠醚是一種大分子環狀化合物,其內部有很大的空間,因此它能與正電離子特別是堿金屬離子發生絡合反應,把無機化合物帶入有機化合物中,它可以作為相轉移催化劑也是基于這個原理。
2、醚的性質
既然冠醚為一種醚,含有醚基,那么他就因該具有醚的性質。它和氧化劑、還原劑、活潑金屬、堿、稀酸等不起反應,但與強酸性物質可以發生某些化學反應。
另外冠醚作為主體分子,它可以通過氫鍵與客體分子形成配合物,這種作用多發生在冠醚與離子之間。
冠醚最大的特點就是能與陽離子,尤其是與堿金屬離子絡合,并且隨環的大小不同而與不同的金屬離子絡合。
例如,12-冠-4與鋰離子絡合而不與鈉、鉀離子絡合;18-冠-6不僅與鉀離
子絡合,還可與重氮鹽絡合,但不與鋰或鈉離子絡合。(此處附注:其實18-冠-6是可以與鈉離子絡合的,只是其作用力不如鉀離子那么強。也不如15-冠-5與鈉離子作用力強。)
冠醚的這種性質在合成上極為有用,使許多在傳統條件下難以反應甚至不發生的反應能順利地進行。在此過程中,冠醚把試劑帶入有機溶劑中,稱為相轉移劑或相轉移催化劑,這樣發生的反應稱為相轉移催化反應。這類反應速率快、條件簡單、操作方便、產率高。
例如,安息香縮合在水溶液中的縮合反應產率極低,如果在該水溶液中加入7%的冠醚,則可得到產率為78%的安息香;若上一反應在苯(或乙腈)中進行。如果加入18-冠-6,產率可高達95%。冠醚通常采用威廉森合成法制取,即用醇鹽與鹵代烷反應。
制取方法
冠醚通常采用威廉遜合成法制取,即用醇鹽(常為二甘醇或三甘醇)與鹵代
反應生成。以18—冠(醚)—6為例其反應為二氯三亞乙基二醚與三甘醇羥發生反應形成冠醚。實質為:二氯三亞乙基二醚脫掉氯原子三甘醇羥基脫去氫原子形成大環。反應如圖所示。
參考資料 >