Blog

Tot ce trebuie să știți despre compușii de spiro

Tot ce trebuie să știți despre compușii de spiro

Introducere în compușii spiro

Un compus spiro este un compus organic în care două inele biciclice sunt legate printr-un singur atom. În natură, structurile inelelor pot fi în mod substanțial identice sau diferite, iar atomul care leagă cele două inele este numit spiroatom (atom spiralat), de obicei este un carbon de tip 4 (cunoscut și ca un carbon spiralat) și poate de asemenea, siliciu, fosfor sau arsen. Atomul spiro este în general un atom de carbon cuaternar. Spiro compusul va folosi parantezele pentru a scrie numărul de semnale distincte separat. Numărul inelului conține, de asemenea, atomul spiro în sine, iar numărul mic va fi în fața numărului și separat de un punct.

Cel puțin două inele într-o moleculă au un atom de carbon (în alți compuși, alți atomi, cum ar fi siliciu, fosfor, arsen, etc.). Cele două inele sunt situate pe două planuri perpendiculare unul pe celălalt: compușii spiro corespunzător substituiți sunt chirali și pot fi separați în izomeri optici (vezi izomerismul optic). În ceea ce privește forma, propadienă H2C = C = CH2 este cel mai simplu inel spiro și o propadienă adecvată substituită cum ar fi acidul 1,3-propadienediic este optic activă și poate fi împărțită în două izomeri optic activi. corp.

Classificatio

(1) Conform numărului de spiro atomi, compusul spiro poate fi clasificat într-un singur compus spiro, un dispiro, un triple spiro și un compus multi-spirală care conține o multitudine de spiro atomi.

(2) Compusul spiro carbociclic și compusul spiro heterociclic pot fi clasificate în funcție de tipul de atom care trebuie conținut și atunci când atomul de carbon care reprezintă spiro compusul carbociclic este substituit cu un alt atom, se formează un spiro compus heterociclic.

(3) În funcție de tipul inelului, acesta poate fi împărțit în compuși spiro, saturați, nesaturați, aromatici și alifatici.

(4) Coordonarea compușilor heterospirociclici. Atomul spiro din compusul spiro poate fi un atom de carbon sau alte elemente cum ar fi Si, N, P, Ge și altele asemenea. Dacă atomul spiro este un atom de metal, în general se formează o legătură de coordonate și un astfel de compus spiro este referit ca un compus heterociclic de coordonare.

Spiro compus polimeric

Spiro-compusul polimeric este o combinație de doi sau mai mulți atomi de spiro ca trei sau mai multe inele. Când numim un compus spiro, un adjectiv numeric care adaugă di-, tri-, tetra-, ..., etc. nume înseamnă numărul de atomi spiro care există separat între inele. Atomii din compusul spiro au fost sistematic numerotați. Terminologia unui compus polispirociclic începe cu o moleculă inelară care leagă un atom spiro, care se numește inel terminal. Aceste molecule polispirociclice pot avea două sau mai multe inele terminale și sunt atașate la un compus multi-spirociclic. Dintre acestea, un singur atom spiral este conectat între ele. Nomenclatura din inelul terminal este inițiată de atomul de lângă atomul spiro, marcat ca numărul 1, și molecula este apoi numerotată pornind de la moleculă.

Două sau mai multe inele terminale, numărul de pornire al inelului terminal va avea altă metodă de selecție. Când primul spiroatom este numerotat, compușii spiroi următori trebuie să fie conectați la cea mai mică spirală posibilă. Numerotare. Să presupunem că există un compus cu două inele terminale, unul cu atomi 6 și celălalt cu atomi 8. Numerotarea este începută cu un inel de atomi 6, deoarece după numerotare, spiroatomul va fi numerotat cu 6. Dacă inelul format din atomi 8 începe, spiroatomul va fi numerotat 8. Direcția numărului este determinată de spiroatom (începând cu primul spiroatom al inelului terminal deja numerotat). Să presupunem că atomul melc începe numerotarea într-o direcție și dacă numărul este mai mic decât numărul din cealaltă direcție, atomul de melc este selectat. Direcția cu numărul mai mic este utilizată pentru a începe denumirea. În atomul spiralat ulterior, dimensiunea numărului nu este atât de importantă. În unele cazuri, primele două, trei, patru sau mai multe spiroatome vor fi programate la același număr indiferent de direcția în care sunt numerotate. Selectarea direcției de numerotare este aleasă prin procesul de numerotare atunci când se întâlnește un număr diferit de atomi de șurub și se selectează direcția atomilor spirali numerotați inferior. De exemplu, dacă sistemul de numerotare într-o direcție, numărul fiecărui spiroatom este 3, 5, 7, 10, iar numărul de spiroatomuri în cealaltă direcție este 3, 5, 7, 9, atunci direcția celui de-al doilea număr este selectat. . În acest caz, în direcția primului număr, numărul dintre cei doi atomi spirali este 7 și 10, iar în direcția numărului opus, 7 și 9. Numerotarea oricărui atom de șurub după aceea nu este importantă, iar direcția de numerotare a fost determinată de direcția numărului 9.

În numirea mai multor inele spiro, primul număr din paranteze indică faptul că atomul în primul inel cel mai apropiat de atomul spiro este numărul unu. Numerele rămase reprezintă numărul de atomi dintre atomii spiro sau atomii din inelul terminal. Fiecare număr este separat de o perioadă (perioada engleză). În acest exemplu, există doi atomi (numerotate 1 și 2) înainte de primul spiroatom (3). Nu există atomi între spiroatomele 3 și 4 și același lucru este valabil și pentru spiroatome la 4 și 5, 5 și 6. Există doi atomi pe cel de-al doilea inel terminal, 6 și 5, 5 și 4, și există unul dintre 4 și 3.

Prin urmare, se obține secvența [2.0.0.0.2.1.1.1]. În exemplul de pe dreapta, există două spiroatomuri, astfel încât numele dispiro începe. În primul inel terminal, există doi atomi, indicând numele dispiro [2. Apoi, există unul și patru atomi în celălalt inel terminal între cele două spiroatome, dezvăluind numele doi melci [2.1.3 5. Cel de-al doilea spiroatom, numit 5, a fost adăugat ca o cale care va întâlni numărul de atomi după numărul de atomi din inelul terminal, ultima adăugare a atomilor 9 și 10 între spiroatomele 3 și 5 și apoi adăugarea unui alcan care are același număr de atomi ai compusului spiro, decan, denispiro [2.1.3 5 .2 3] decan dezvăluit prin denumire.

Nomenclatorul general al spiro-compușilor
Compusul monospirociclic determină denumirea hidrocarburii părinte în funcție de numărul total de atomi de carbon implicați în formarea inelului; toți atomii de pe inelul spiro sunt numerotați în ordinea inelului mic și inelul mare și atomii spiro sunt minimizați; apoi sunt urmate de paranteze pătrate. Secvența de numerotare a întregului inel este indicată numeric de numărul de atomi de carbon sandwiched între spiro atomii respectivi, plus în fața numelui hidrocarburii lanțului care corespunde întregului inel; numerele sunt separate printr-un punct mai mic, sub forma: melc [a, b] un alcan.

Șurub hibrid

Efectul anomeric al unui inel heterospiric înseamnă că doi atomi de electroni pozitivi sau perechi singulare de electroni din conformație sunt în direcția opusă pentru a reduce momentul dipolului moleculei și pentru a reduce energia intramoleculară. În 1968, echipa de cercetare Descots a propus pentru prima dată un efect anomeric. Când au studiat acetalul biciclic, au descoperit că cei doi compuși din figura de mai jos conțin 57% din izomerul cis și 43% din izomerul trans în amestecul de echilibru la 80 C. Raportul izomerilor cis izomerul este stabil cu un diferența de energie a 0.71 kJ / mol. Datorită efectului anomeric al izomerului cis, izomerul trans nu are un astfel de efect.

Chiralitate

Unii compuși ai melcului au o chiralitate axială. Spiroatomele pot fi centre chirale, chiar dacă acestea nu au cele patru substituenți diferiți necesari pentru a observa chiralitatea. Când cele două semnale sunt aceleași, sistemul CIP atribuie o prioritate mai mare extinderii prelungirii unui singur inel și a unui alt inel de prioritate inferioară. Poate fi aplicat atunci când inelul nu este similar.

Compușii ciclici pot fi clasificați după următoarele criterii:

• compus aliciclic

Acesta este un compus organic care este un compus alifatic și un compus ciclic. Acestea conțin unul sau mai multe inele carbociclice saturate sau nesaturate, dar inelele nu sunt aromatice.

• Naftenic

În funcție de mărimea inelului, naftenele pot fi clasificate în medii mici, medii și mari. Ciclopropanul și ciclobutanul sunt considerate mici. Ciclopentanul obișnuit, ciclohexanul, cicloheptanul și ciclooctanul în ciclotridecan sunt medii, iar mai mari sunt considerate a fi naftene mari.

cicloolefină

Aceasta este o hidrocarbură ciclică având o dublă legătură carbon-carbon intra-carbon. Simplele monoolefine ciclice includ ciclopropenă, ciclobutenă, ciclopentenă și ciclohexenă, în timp ce polienele ciclice au ciclopropadienă, ciclobutidienă, ciclopentadienă. Aștepta. Anumite olefine ciclice, cum ar fi ciclobutenă și ciclopentenă, pot fi polimerizate ca monomeri pentru a forma polimeri.

• hidrocarbură aromatică

Hidrocarburile aromatice cele mai simple și cele mai importante sunt benzenul și omologii săi cum ar fi toluenul, xilenul, etilbenzenul și altele asemenea. În aromatice, unele inele aromatice nu sunt structuri complet benzenice, dar atomii de carbon din ele sunt înlocuiți cu azot, oxigen, sulf și alte elemente. Le numim heterociclii, cum ar fi cinci yuani ca furanul. Inelul include un atom de oxigen și pirolul conține un atom de azot. Tiofenul conține un atom de sulf și altele asemenea.

Și aromatice pot fi împărțite în:

• hidrocarbură aromatică monociclică
• hidrocarbură aromatică policiclică
Hidrocarburile aromatice având o formă de lanț sunt în general menționate ca arene alifatice, iar hidrocarburile aromatice alifatice obișnuite sunt toluenul, etilbenzenul, stirenul și alții asemenea.
• Compus heterociclic

Se compune dintr-un inel aromatic care nu conține un inel heterociclic sau un substituent. Mulți dintre aceștia sunt cunoscuți sau potențiali agenți cancerigeni. Cea mai simplă a acestui produs chimic este naftalina, cu două inele aromatice, precum și compuși triciclici ruteniu și fenantren.

Hidrocarburile aromatice policiclice sunt molecule neutre, nepolarizate, găsite în depozitele de cărbune și de gudron. Ei, de asemenea, substanțe organice prin arderea incompletă (de ex., Motorul și incineratorul, în cazul incendiilor forestiere în arderea biomasei, etc.). De exemplu, este produsă prin arderea incompletă a combustibililor carbonici, cum ar fi lemnele de foc, cărbunele de lemn, grăsimile și tutunul. De asemenea, găsiți în carnea arsă.

Compuși aromatici policiclici de mai sus trei inele au o solubilitate redusă și o presiune scăzută a vaporilor în apă. Când greutatea moleculară crește, atât solubilitatea, cât și scăderea presiunii vaporilor. Compușii biciclici aromatici policiclici au o solubilitate mai scăzută și o presiune a vaporilor. Compușii aromatici policiclici sunt, prin urmare, mai frecvent găsiți în sol și în sedimente decât în ​​apă și aer. Cu toate acestea, compuși aromatici policiclici se găsesc adesea pe particulele suspendate în aer.

Mulți compuși aromatici policiclici au fost definiți drept carcinogeni. Rapoartele din studiile clinice indică faptul că expunerea pe termen lung la concentrații ridicate de compuși aromatici policiclici poate cauza cancer de piele, cancer pulmonar, cancer de stomac și cancer la ficat. Compușii aromatici policiclici pot distruge materialul genetic din organism, pot declanșa creșterea celulelor canceroase și pot crește incidența cancerului.

Atunci când masa moleculară este crescută, carcinogenitatea compusului aromatic policiclic este de asemenea crescută, iar toxicitatea acută este scăzută. Un compus aromatic policiclic, Benzo [a] piren (Benzo [a] piren), a fost primul carcinogen chimic care trebuie descoperit.

aplicație

Agent de expansiune a polimerilor

Contracția volumetrică a polimerului în timpul polimerizării sau solidificării este cauzată de forța van der Waals între moleculele de monomeri în stare lichidă sau moleculele cu catenă lungă neseclaționată și distanța dintre molecule este mare; după polimerizare sau reticulare, distanțele de legături covalente între unitățile structurale au ca rezultat numai contracția volumului polimerului. Se menționează că contracția este uneori fatală pentru polimer, cum ar fi determinarea îmbătrânirii accelerate a polimerului, deformarea și scăderea performanței globale. Pentru a rezolva problema contracției volumului de polimerizare, chimiștii au făcut eforturi neîncetate, dar, în general, pot reduce și nu pot elimina complet contracția volumului. Până la 1972, Bailey et al. a dezvoltat o serie de spiro-compuși și a constatat că acești compuși sunt polimerizați. Când volumul nu se micșorează, se extinde. Descoperirea monomerilor expandați a atras interesul multor oameni de știință și s-au efectuat multe cercetări. Monomerii expandați au devenit materiale polimerice funcționale foarte active. Compușii structurați cum ar fi spiro ortoester și spiro ortcarbonat sunt monomeri de dilatație foarte bune și au fost utilizați în prepararea compozitelor de înaltă rezistență, lianți de înaltă performanță, materiale polimer biodegradabile și materiale polimerice medicale. Modificarea polimerilor cu scop general și sinteza oligomerilor cu grupări funcționale.

electroluminiscență

Indiferent dacă un compus organic emite lumină sau nu, lungimea de undă a emisiei de lumină și eficiența emisiei de lumină depind în mare măsură de structura chimică. Fluorescența apare, de obicei, în molecule cu planuri rigide și sisteme conjugate, care sporesc efectul de conjugare a electronilor și coplanaritatea moleculelor, ceea ce este benefic pentru îmbunătățirea eficienței fluorescenței. Există multe materiale organice de lumină-întuneric. Tipurile principale sunt: ​​inelul spiro, poli-p-fenilenvininolul, politiofenul, politiadiazolul și compușii de coordonare metalică. Printre aceștia, compușii aromatici spirociclici au sisteme conjugate mari și rigiditate și coplanaritate ridicată, temperatură ridicată de tranziție vitroasă și stabilitate termică ridicată. Dispozitivul EL este simplu și nu necesită echipamente complicate, astfel încât este posibil să se reducă costurile de producție în timpul perioadei și să se pregătească cu ușurință dispozitive cu suprafață mare.

pesticid

Inelul condensat și compusul cu spiro compus conținând heteroatom nu sunt ușor de produs rezistență datorită mecanismului de acțiune unic și au primit o atenție sporită în dezvoltarea pesticidelor. De exemplu: Rudi și colab. raportate 3,9-dicloro-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-difosfaspiro [5.5] undecan-3,9-dioxid și sulfură Hidrogenul a reacționat pentru a sintetiza un nou compus spiro, 3,9-dihidro-3,9-dithio-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-difospho [5.5] undecan. Derivații săi sunt o nouă clasă de insecticide organofosfatice și erbicide, care pot elimina eficient muștarul, ragweedul etc. de la grâu, cereale, bumbac și soia.