[科普中國(guó)]-螺增環(huán)

在環(huán)狀有機(jī)化合物頂端一個(gè)成環(huán)碳原子再經(jīng)環(huán)化，生成螺環(huán)化合物的反應(yīng)。

螺環(huán)化合物為抗菌劑的發(fā)展開(kāi)辟了新的領(lǐng)域，螺環(huán)化合物的兩環(huán)平面相互垂直，對(duì)于雜環(huán)螺環(huán)化合物可能還具有螺共軛、螺超共軛或異頭效應(yīng)等一般有機(jī)化合物不具備的特殊性質(zhì)，在一定的條件下，由于手性軸的存在，能構(gòu)成不對(duì)稱分子或非對(duì)稱分子；手性螺環(huán)剛性強(qiáng)，不易消旋化，這是手性碳無(wú)法比擬的。

合成研究1、含異噁唑結(jié)構(gòu)的螺環(huán)化合物

對(duì)于螺異噁唑化合物，在已有的合成中來(lái)說(shuō)，是一種比較新型的化合物，并且于1997年馮亞青和張曉東等，利用氧化腈與4，4－亞甲基－1－甲基哌啶的1，3－偶極環(huán)加成反應(yīng)生成了雜螺(4，5)葵烷化合物，產(chǎn)物經(jīng)LiAlH4還原成了γ－氨基醇，最后經(jīng)插入C－1單元擴(kuò)環(huán)生產(chǎn)了新的雜螺(5，5)十一烷化合物。

其氧化腈為偶極體，亞甲基哌啶為親偶極體1，3－偶極環(huán)加成反應(yīng)合成了一類新的雜環(huán)體系及一系列新的螺異噁唑衍生物，此雜螺化合物經(jīng)還原開(kāi)環(huán)后，再與合適的試劑環(huán)合可得到另一類擴(kuò)展的新的雜螺環(huán)體系及螺(5，5)環(huán)化合物。

2、含多個(gè)手性中心的呋喃型螺環(huán)化合物

我國(guó)早期已有的報(bào)道是在2000年，由張淅蕓和陳慶華等，通過(guò)改進(jìn)已有的方法，利用5－(1－孟氧基)－3－溴－2(5H)－呋喃新手性源合成子與乙醇發(fā)生串聯(lián)的不對(duì)稱雙Michael加成和分子內(nèi)新核取代反應(yīng)，合成了含有多個(gè)手性中心的螺環(huán)化合物。。

早期人們嘗試?yán)萌泊辑h(huán)化異構(gòu)化合成二氫呋喃類化合物，但這些方法涉及多步反應(yīng)且繁瑣，所得的最終產(chǎn)物的產(chǎn)率也較低。但于2014年，經(jīng)過(guò)不斷探索，鄒建峰和李新生設(shè)計(jì)出了更加簡(jiǎn)單方便的合成方法。

他們?cè)谛量蓪幍淖饔孟?，利用邁克(Michael) 加成方法，在手性堿的作用下，以靛紅衍生物(

N－甲基－3－烴基－2－吲哚酮)和氰基苯乙烯衍生物為原料，1，3，5－三甲苯為溶劑，合成了一系列的新型的手性吲哚螺－2，3－二氫化呋喃衍生物。該反應(yīng)產(chǎn)率高(90%～99%)，選擇性好，而且操作簡(jiǎn)單、后處理方便，是近年來(lái)一個(gè)很成功的設(shè)計(jì)改進(jìn)的合成方法。

3、含吲哚型結(jié)構(gòu)的螺環(huán)化合物

螺環(huán)氧化吲哚是一類非常重要的核心結(jié)構(gòu)，它存在于大量具有生物活性的化合物中。蘭州大學(xué)新藥臨床前研究甘肅省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王銳小組發(fā)展了這類化合物與缺電子烯烴的Michael加成反應(yīng)，使其與合適的Michael受體在手性胺－硫脲雙功能催化劑的控制和催化下發(fā)生加成環(huán)化，以高的產(chǎn)率與對(duì)映體選擇性快捷高效地構(gòu)建了含有三個(gè)連續(xù)手性中心的螺環(huán)氧化吲哚結(jié)構(gòu)。光致變色現(xiàn)象是一種從1952年起受到重視的化學(xué)現(xiàn)象，其在信息儲(chǔ)存、光控開(kāi)關(guān)原件、光敏性磁性材料等領(lǐng)域顯得越發(fā)重要，該研究領(lǐng)域取得的進(jìn)展使其在其他領(lǐng)域的應(yīng)用也日益受到重視，例如在服裝材料與裝飾材料等。

劉振東、崔明等于2004年合成了螺環(huán)類光致變色中間體－吲哚啉鹽中間體，可用于光致變色化合物與高分子的共聚與嫁接，以獲得功能性的光致變色高分子。1

螺環(huán)化合物兩個(gè)單環(huán)共用一個(gè)碳原子的多環(huán)化合物稱為螺環(huán)化合物，共用的碳原子稱為螺原子。螺環(huán)化合物具有剛性結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，其手性配體有較大的比旋光度，在不對(duì)稱催化、發(fā)光材料、農(nóng)藥、高分子黏合劑等方面有重要應(yīng)用。

分類（1）按螺原子個(gè)數(shù)，螺環(huán)化合物可分為單螺化合物、二螺、三螺及含多個(gè)螺原子的多螺化合物。

（2）按所含原子的種類可分為碳環(huán)螺環(huán)化合物和雜環(huán)螺環(huán)化合物，當(dāng)組成碳環(huán)螺環(huán)化合物的碳原子被其他原子所取代后，形成雜環(huán)螺環(huán)化合物。

（3）按環(huán)的種類，可分為飽和、不飽和、芳香和脂肪螺環(huán)化合物。

不飽和螺環(huán)化合物、芳香螺環(huán)化合物

（4）配位雜螺環(huán)化合物。螺環(huán)化合物中的螺原子可以是碳原子，也可以是其他的元素，如Si，N，P，Ge等元素。如果螺原子是金屬原子，一般均形成配位鍵，這樣的螺環(huán)化合物稱為配位雜環(huán)化合物。

命名螺環(huán)化合物的一般命名原則為：

單螺環(huán)化合物根據(jù)參與成環(huán)的碳原子總數(shù)確定母體烴的名稱；將螺環(huán)上所有原子按先小環(huán)后大環(huán)并使螺原子處于最小為的順序依次編號(hào)；然后在方括號(hào)內(nèi)順著整個(gè)環(huán)的編號(hào)次序用數(shù)字標(biāo)明各螺原子間所夾的碳原子數(shù)目，加上在相當(dāng)于整個(gè)環(huán)的鏈烴名稱的前面；數(shù)字之間用下角圓點(diǎn)隔開(kāi)，其格式為：螺[a, b]某烷。

英文中用spiro表示螺。

多螺環(huán)由較小的端環(huán)順次編完，盡量給螺原子以最小編號(hào)。

高分子膨脹劑高分子在聚合或固化過(guò)程中會(huì)發(fā)生體積收縮，其原因是液體狀態(tài)的單體分子或未交聯(lián)的長(zhǎng)鏈分子間的作用力為范德華力，分子間距離較大；聚合或交聯(lián)后，結(jié)構(gòu)單元之間處于共價(jià)鍵距離，僅此導(dǎo)致了聚合物體積的收縮。提及收縮對(duì)聚合物來(lái)說(shuō)有時(shí)是致命的缺陷，如造成聚合物老化加快、變形、綜合性能下降等。為解決聚合物固化時(shí)的體積收縮問(wèn)題，化學(xué)家們進(jìn)行了不懈的努力，但一般只能降低而不能完全消除體積收縮，直到1972年Bailey等人開(kāi)發(fā)了一系列螺環(huán)化合物，發(fā)現(xiàn)這些化合物聚合時(shí)體積沒(méi)有收縮反而出現(xiàn)了膨脹。膨脹單體的發(fā)現(xiàn)引起了很多科學(xué)家的興趣，隨之展開(kāi)了大量研究。膨脹單體已成為研究非?；钴S的功能高分子材料。螺環(huán)原酸酯和螺環(huán)原碳酸酯等結(jié)構(gòu)的化合物是很好的膨脹單體，已用于制備高強(qiáng)度復(fù)合材料、高性能黏合劑、生物降解高分子材料和醫(yī)用高分子材料，也用于通用高分子的改性及合成帶有官能團(tuán)的低聚物等。

電致發(fā)光有機(jī)化合物能否發(fā)光以及發(fā)光波長(zhǎng)和發(fā)光效率如何，主要取決于化學(xué)結(jié)構(gòu)。熒光通常發(fā)生在具有剛性平面和共軛體系的分子中，提高電子共軛效應(yīng)和分子的共面性，有利于提高熒光效率。有機(jī)分子暗光材料很多，主要類型有：螺環(huán)類、聚對(duì)苯乙炔類、聚噻吩類以及聚噻二唑及金屬配位化合物等，其中螺環(huán)芳香類化合物具有大的共軛體系和較好的剛性共面，而且玻璃化溫度高，有高的熱穩(wěn)定性，制作EL器件工藝簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的設(shè)備，因而有可能降低期間制作成本，易于制備大面積器件。

農(nóng)藥含雜原子的稠環(huán)、螺環(huán)化合物因作用機(jī)理獨(dú)特，不易產(chǎn)生抗性，在農(nóng)藥的開(kāi)發(fā)中受到廣泛的關(guān)注。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李斌 - 副教授 - 西南大學(xué)