小螺桨烷的“弯键”研究

本文利用Hellmann-Feynman力的abinitio计算程序ABHF,定义了小螺桨烷中弯键的张力、胁变能、键弯曲角等公式,计算了[1.1.1]螺桨烷、[2.1.1]螺桨烷、[2.2.1]螺桨烷、[2.2.2]螺桨烷的重叠力f°、等效点电荷q°、键的弯曲角α、张力f、键合力F、胁变能(?)等.对这种具有较高键张力的分子进行了稳定性和成键特性等方面的研究.计算及理论分析结果满意地解释了实验事实.

小螺桨烷中C-C中心键的量子化学研究

用MNDO半经验分子轨道理论对一系列小环螺桨烷[1.1.1]螺桨烷、[2.1.1]螺浆烷、[2.2.1]螺浆烷及[2.2.2]螺桨烷中的C—C中心键进行了研究.结果表明小螺桨烷的边键与一般环状分子的C—C键强度接近,而在中心C—C上则形成一种比正常环状分子稍弱的共价键;随着螺浆烷环的增大,其C—C中心键强度增大,计算结果与前人实验和理论研究的结论一致。

六氮杂[3.3.3]螺桨烷的多位点烷基化反应

以2,4,6,8,9,11-六氮杂[3.3.3]螺桨烷-3,7,10-三酮(PTO)为原料,通过与亲电试剂发生烷基化反应,获得了具有含能化衍生前景的六烯丙基六氮杂[3.3.3]螺桨烷、六乙氧羰甲基六氮杂[3.3.3]螺桨烷和六羧甲基六氮杂[3.3.3]螺桨烷;系统研究了不同亲电试剂与六氮杂[3.3.3]螺桨烷之间的反应活性,探讨了不同取代基六氮杂[3.3.3]螺桨烷化合物的酸碱稳定性和热稳定性。结果表明,不同取代基结构对于六氮杂[3.3.3]螺桨烷的骨架修饰具有显著影响,亲电试剂活性的增加和溶剂极性的增大对反应有利,但过高活性的亲电试剂因副反应过多无法获得相应的烷基化产物;烷基化取代后的六氮杂[3.3.3]螺桨烷体系的水解稳定性大大增加,酸性条件下可保持稳定而碱性条件下多数烷基化产物发生降解;烷基化取代的产物其热稳定性较PTO有所增强。

含能材料中间体3,7,10-三氧代-2,4,6,8,9,11-六苄基-2,4,6,8,9,11-六氮杂[3,3,3]螺桨烷(HBPTO)的合成、表征及工艺改进

3,7,10-三氧代-2,4,6,8,9,11-六苄基-2,4,6,8,9,11-六氮杂[3,3,3]螺桨烷(HBPTO)是合成高能量密度材料2,4,6,8,9,11-六硝基-2,4,6,8,9,11-六氮杂[3,3,3]螺桨烷的关键中间体。以尿酸(UC)和铁氰化钾为起始原材料,经氧化-加成、缩合、取代反应等合成了目标化合物HBPTO,总收率8.58%。用~1H NM R,^(13)C NM R,FT-IR,M S及元素分析对其结构进行了表征。探讨了中间体二氨基甘脲(DAGU)的合成反应机理,揭示了其微观反应过程。优化了合成DAGU的工艺条件。改进了3,7,10-三氧代-2,4,6,8,9,11-六氮杂[3,3,3]螺桨烷(PTO)的合成工艺。自行设计了经DAGU与N,N'-羰基二咪唑的一步缩合反应合成PTO的新方法;优化合成DAGU的最佳工艺条件为:n(UC)∶n(K3Fe(CN)3)=1∶4.2,反应温度为25℃,反应时间为0.5 h,收率为43.2%。

螺桨烷型分子BX[(CH2)n]3和BX(CH2)[CH(CH2)nCH](X=N，P)的结构和性质

采用密度泛函理论(DFT)研究了螺桨烷型分子BX[(CH2)n]3和BX(CH2)[CH(CH2)n CH](X=N,P;n=1-6)的结构、稳定性、化学键和电子光谱性质.计算结果表明这些分子都是稳定的.BX[(CH2)n]3(X=N,P;n=1-6)的最高占据分子轨道(HOMO)和最低空分子轨道(LUMO)之间的能隙均大于5.20 eV,其中BN[CH2]3和BP[CH2]3的能隙超过7.0 eV,与C5H6的能隙(7.27 eV)很接近,BX(CH2)[CH(CH2)n CH](X=N,P;n=1-6)的能隙在6.80 eV左右.所研究分子能量的二阶差分表明BN[(CH2)3]3、BP[(CH2)4]3及BX(CH2)[CH(CH2)2CH](X=N,P)是最稳定的.BX[(CH2)n]3的Wiberg键级表明除了BN[(CH2)n]3(n=2和6)中不存在B―N键,其它化合物中B和N均形成了化学键,BP[(CH2)n]3中除了BP[(CH2)2]3不存在B―P键,其它的均存在.电子密度的拓扑分析表明N―B键属于离子键,而P―B键具有共价键特征.BX[(CH2)n]3(X=N,P)的第一垂直激发能分别在191.1-284.8 nm和191.8-270.1 nm之间,BX(CH2)[CH(CH2)n CH](X=N,P)的第一垂直激发能分别在190.5-199.7 nm和209.0-221.3 nm之间.

基于[3.3.3]螺桨烷的电压门控钙离子通道α2δ亚基配体的合成和生物活性研究

电压门控钙离子通道(VGCC)α2δ亚基配体类药物是目前治疗慢性神经疼痛最安全有效的药物之一.为了研究含有大位阻的、构象限制的烷基骨架对该类药物生物活性的影响,设计并合成了3个含有[3.3.3]螺桨烷结构和1个含二环[3.3.0]辛烷结构的γ-氨基丁酸(GABA)衍生物.所合成的化合物使用了~1H NMR,^(13)C NMR和高分辨质谱(HRMS)进行了结构表征,并测试了它们对人源化电压门控钙离子通道α2δ亚基的亲和力(IC_(50)).研究结果发现:[3.3.3]螺桨烷在VGCCα2δ配体类药物结构中具有一定的兼容性,但是其体积已经超过了脂肪族取代结构的最佳体积;VGCCα2δ配体类药物分子中的GABA链上的氨基不能有任何取代或者衍生,否则活性降低甚至完全丧失.本研究的结论对于未来设计新颖的VGCCα2δ配体类药物具有重要的指导作用.

自由基参与的[1.1.1]螺桨烷溴烷基化反应:溴代双环[1.1.1]戊烷衍生物的合成

双环[1.1.1]戊烷(BCP)常被用作苯基、叔丁基和炔基的生物等排体,以提高生物活性分子的类药性.因此,向BCP骨架引入实用性官能团为药物开发中设计新的生物等排体提供了有效策略.报道了自由基参与的[1.1.1]螺桨烷的溴烷基化反应,实现了溴代BCP衍生物的合成.该反应以溴代烷基杂芳基砜为原料,经自由基途径向螺桨烷同时引入烷基杂芳基砜和溴两种官能团.该反应快速高效,在室温下仅需2 h便能完成.产物多样性较好,能够获得一系列新颖的烷基杂芳基砜取代的BCP衍生物.此外,该反应还具备原子经济性高、操作简单和易于克级制备等优点.

双环[1.1.1]戊烷骨架的性质及研究进展

利用三维立体环状骨架结构代替平面骨架结构在现代药物发现中具有非常重要的意义,这既为优化候选药物提供更多机会,又扩大了候选药物的可用化学空间.在一系列的三维骨架结构中,双环[1.1.1]戊烷(BCP)由于其具有高膜渗透性、高水溶性和更好的代谢稳定性等特点,可作为1,4-二取代苯基、内炔基和叔丁基的生物电子等排体,在药物研究中具有重要的潜在应用价值.然而,缺乏对双环[1.1.1]戊烷(BCP)进行功能化的合成方法仍然是该领域的一项重大挑战,特别是缺乏一种通用的策略来合成1,3-位官能团化的双环[1.1.1]戊烷(BCP)衍生物.作为一种环张力较大的小分子,[1.1.1]环丙烷(螺桨烷)因其2个桥头碳之间中心键的特殊反应活性而被广泛用于各种合成转化中.近年来,利用环张力释放策略,通过螺桨烷的碳碳键断裂构建双环[1.1.1]戊烷的策略得到快速发展.本综述将重点介绍该领域的最新进展.在此,将螺桨烷的反应性分为3种途径:自由基途径、阴离子途径和过渡金属催化途径.