学术课报告 —冠醚
冠醚的发现及其识别性能
• 当阳离子比配体的孔穴小 时，配体可同时将两个金 属离子包于其中 • 第四类配合物是配体的配 位原子的一部分不与金属 离子配位。 离子配位。 • 第五类是夹心结构： 第五类是夹心结构： • 如苯并 如苯并-15-冠-5与 K+的配 冠 与 合物： 苯并-15-冠合物：[K+-(苯并 苯并 冠 5)2]的结构。 的结构。 的结构
冠醚的合成历史
• 1967年，杜邦公司的化学家查尔斯 彼得森在试图制备二价离子配体 年 杜邦公司的化学家查尔斯·彼得森 查尔斯 彼得森在试图制备二价离子配体 时发现了一种简单方法用以合成冠醚。 时发现了一种简单方法用以合成冠醚。 • 他的策略是试图通过分子上的一个羟基，连接两个苯磷二酚基团。这 他的策略是试图通过分子上的一个羟基，连接两个苯磷二酚基团。 样就形成了一个多齿配体 可以部分的包裹阳离子。 多齿配体,可以部分的包裹阳离子 样就形成了一个多齿配体 可以部分的包裹阳离子。接下来再使酚羟 基离子化并中和包裹的二价阳离子。他很惊讶的发现， 基离子化并中和包裹的二价阳离子。他很惊讶的发现，此反应的一个 副产物能够牢牢的与钾离子配位 能够牢牢的与钾离子配位。 副产物能够牢牢的与钾离子配位。 • 在一份早期关于在 冠-4中溶解钾的报告中提到，彼得森发现环多 在一份早期关于在16-冠 中溶解钾的报告中提到 中溶解钾的报告中提到， 醚实际上是一类全新的化合物，有着与碱金属结合的能力。接下来， 醚实际上是一类全新的化合物，有着与碱金属结合的能力。接下来， 他发表了一系列的论文报告了经过系统研究的合成方法以及冠醚的成 键性质。 键性质。
• 应用：去除环境中的有 应用： 毒离子，水的净化， 毒离子，水的净化，去 除目标离子
冠醚与试剂中正离子络合， 冠醚与试剂中正离子络合，使该正离子可溶在有 机溶剂中， 机溶剂中，而与它相对应的负离子也随同进入有机溶 剂内，冠醚不与负离子络合， 剂内，冠醚不与负离子络合，使游离或裸露的负离子 反应活性很高，能迅速反应。如上， 反应活性很高，能迅速反应。如上，冠醚把试剂带入 有机溶剂中，称为相转移剂或相转移催化剂， 有机溶剂中，称为相转移剂或相转移催化剂，这样发 生的反应称为相转移催化反应 这类反应速率快、 相转移催化反应。 生的反应称为相转移催化反应。这类反应速率快、条 件简单、操作方便、 件简单、操作方便、产率高 应用：相转移剂、选择性催化剂、离子通 应用：相转移剂、选择性催化剂、 道膜 例如，安息香在水溶液中的缩合反应产率极低， 例如，安息香在水溶液中的缩合反应产率极低， 如果在该水溶液中加入7%的冠醚 的冠醚,则可得到产率 如果在该水溶液中加入 的冠醚 则可得到产率 的安息香； 为78%的安息香；若上一反应在苯（或乙腈）中 的安息香 若上一反应在苯（或乙腈） 进行。如果加入18－ 进行。如果加入 －冠－6，产率可高达 ，产率可高达95%。 。
冠醚的发现及应用
冠醚对溴化银的增感作用与冠醚化合物和银离子之间的络合选择性密切相关，特别是硫杂冠醚增感作用更加显著。这说明冠醚化合物对乳剂的增感作用不仅与络合作用有关，而且与冠醚中的杂原子有关。
液晶冠醚是具有特殊功能的液晶品种。在液晶结构中，由于冠醚的冠醚环有亲水性，而末端的烷基链等基团又具有疏水性，所以具备了两亲分子的特点，再加上具有选择性络合金属离子的特性，使这种物质形成的膜表现出离子识别功能。
在冠醚型表面活性剂中，由于长链烷基的引入，使其分子对称性和空间结构等都受到影响，从而使其物理状态、溶解性能等发生了变化。具体表现在脂溶性增大，与离子络合的选择性改变。 利用该特点，可以将长链烷基冠醚作为传感活性物质，制成各类性能优良的离子选择电极。
四氟硼酸重氮盐经冠醚催化，发生偶联反应
四氟硼酸重氮盐经冠醚催化，发生偶联反应
四氟硼酸重氮盐经冠醚催化，发生偶联反应
四氟硼酸重氮盐经冠醚催化，发生偶联反应
冠醚，又称“大环醚”，是对发现的一类含有多个氧原子的 两种常见的冠醚\n大环化合物的总称。
冠醚通常采用威廉森合成法制取，即用醇盐与卤代烷反应：
命名方法
冠醚有其独特的命名方式，命名时把环上所含原子的总数标注在“冠”字之前，把其中所含氧原子数标注在名称之后，如15-冠（醚）-5、18-冠（醚）-6、二环已烷并-18-冠（醚）-6。
二苯并-18-冠醚-6
冠醚ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ大的特点就是能与正离子，尤其是与碱金属离子络合，并且随环的大小不同而与不同的金属离子络合。
一、冠醚的发现. 二、冠醚的命名. 三、冠醚的性质. 四、冠醚的应用.
冠醚
2-aminomethylthiacrown ether on a polystyrene support (Fig. 11) [10].对Hg离子进行研究：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
合成方法：羧甲基化硫冠醚和亚硫酰二氯反应，其产物 和甲胺反应，得到的胺类物质在和氯乙烯基苄反应，此 聚合反应的引发剂是AIBN。
由于硫冠醚在化学计量学上和Hg离子是按1：1进行配位 的。在Ph=1.5，过量的Hg离子的溶液中对树脂饱和状态的研 究，发现，仅有30﹪的树脂能够吸附Hg离子，形成1：1的复 合物。这种树脂可以当做缓冲剂，来调节Hg的浓溶液浓度和 ph值。由于对Hg离子有很好的亲和性，对Ph的醋酸铵溶液进 行缓冲，使得缓冲时间低于30min。 树脂对金属的络合速率随着树脂对金属离子的亲和性的 提高而增强，这是由于在酸性条件下，能够对金属离子进 行质子化。在酸性条件下吸附，此种树脂选择性吸附Hg， 而不是Cd，Fe和Al。
1. 配位原子为O
1. 1 step-growth polymerization 在醋酸溶液中，对二苯并18-冠-6的两端用浓硝酸进行硝化，生 成的产物用肼的水化物进行还原得到二元胺，和均苯四甲酸二酐 反应得到如下产物：
N2H4.H2O
加热到225℃，脱水或环化生成聚酰亚胺得到如下产物：
在水溶液中，由于Fig1中聚合物中的羧基使得 吸附能力增强，所以Fig1对碱金属和碱土金属的吸 附能力比Fig2大。在1mol的氯盐溶液中吸附顺序： K>Pb,Na>Li>Cs，Ca>Sr>Ba>Mg。 研究发现，由于亲和力降低，同一种树脂在甲醇 溶液中对金属离子的吸附比在水溶液中吸附强，并 且在甲醇溶液中和水溶液的吸附顺序是相同的。二 苯并16-冠-5在酚醛树脂的环境下，在甲醛水溶液， 甲酸的水溶液或氢氧化钠的水溶液中，进行侧臂面 功能化。Pb和Zn在同一环境下，用硝酸盐调节ph值 （0-3）。
冠醚型表面活性剂的特性与应用
式 征 链 醚
是 由于桥 头 氮原 于 的亲水 性和 结构 效应 所 造成 的 。 ２ 冠醚型 表 面活 性 剂的 物性 冠 醚 型 表 面 活 性 剂 和 普 通 聚 醚 相 类 似 ， 于 非 属 离子 表 面活 性剂 ， 是 由于亲 水 基是冠 醚 结构 ， 自 但 使 己又有独 特 的性 质 。
内蒙 古 石 油化 工
２ １ 年第 ９ ００ 期
冠醚 型 表 面活 性 剂 的特 性 与 应 用
方 艾 王 娟 雷 英 ， ，
（． １ 川庆钻探工程有限责任公 司钻采工艺技术研究院 ；． ２ 西南油气 田分公 司川中油气矿磨西净化厂 ）
摘 要 ： 醚 型 表 面 活 性 剂 由 于 冠 醚 的 络 合 作 用 ， 其 具 有 自 己独 特 表 面 物 性 ， 而 扩 大 了表 面 活 冠 使 从 性 剂 的 应 用 范 围 。 经 过 多 年 的发 展 ， 醚 型 表 面 活 性 剂 在 世 界 范 围得 到 推 广 和 使 用 。 冠 关 键 词 ： 醚 表 面 活 性 剂 ； 合 ； 用 冠 络 应 中图分 类号 ： ４ ３ ＴＱ ２ 文献 标识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ６ ７ ８ （ Ｏ Ｏ Ｏ 一 ｏ Ｏ 一 Ｏ １０ － ９１ ２１ ）９ ｏ６ ２
越广 泛 。 １ 冠醚型 表 面 活性 剂 的结构 冠 醚 型 表 面 活性 剂 是 以冠 醚作 为 亲 水 基 团 ， 且
表 面活 性及 其它 物性 。
表 １ Ｎ一烷基氮杂冠醚及相应开链化 合物的性质
ＣＭＣ／
Ｋ ｎ１－ （０ ６
ｏ ＣＭｃ／
Ａ／
一△ Ｇ／
ｏ ｌＬ）ｄ ｎ ｃ （ｍ。分 ｔｏ／ （ｙ ／ｍ） ｎ ／ 子 ）（ｊｍｏ） ｋ／ １
冠醚
冠醚化学研究的新进展摘要：介绍了冠醚类化合物的结构特点及络合性能、冠醚的络合作用和识别分子离子的新进展。
重点综述了近几年各类新冠醚化合物的合成、配合物的形成、对分子离子的识别、选择性络合及新应用，展望了其广阔的应用前景，期望能在医药学、生命科学、材料科学、环境科学及能源科学的应用方面更有意义。
关键词：冠醚；络合作用；配合物冠醚化学作为一门植根深远的新兴边缘学科，不仅在配位化学、分析化学、有机化学、生物无机化学、生物化学、生物物理化学、农业化学、理论物理化学、光化学等方面有着广泛的应用，而且在生命科学、信息科学、环境科学、材料科学、电子电器科学、医药科学、原子能科学、军工和国防建设等方面有着广阔的应用前景。
因此，对冠醚化合物的设计、合成、性能研究，尤其是对分子离子选择性配合作用一直是众多科学研究领域的热点之一。
l 冠醚配合物的合成1.1 氮杂金属冠醚[Mn6(H3anhz)6(DMF) 6]·2DMF的合成金属冠醚作为一类金属大环化合物，因其独特的结构特征受到越来越多的关注。
其应用已扩展到阴离子选择分离、液晶、纳米材料前体、分子识别、生物元机化学主客体与超分子化学等前沿领域。
金属冠醚不仅是设计分子材料如单分子磁体的基础，而且是构筑种类繁多、功能各异的超分子体系的第二构筑单元。
史学峰等[1]用五齿配体1一羟基—2一萘甲酰肼与M n盐反应，得到一个六核氮杂金属冠醚：[Mn6(H3anhz)6(DMF) 6]·2DMF ( H3anhz=N一乙酰一1一羟基-2一萘甲酰肼) 。
期望能在材料科学的应用方面更有意义。
1.2 三维的混合价六核锰金属冠醚配合物的合成近年来，金属冠醚成为配位化学研究的热点。
金属冠醚是结构和功能上与有机冠醚相类似的一类金属大环化合物。
单金属冠醚具有有机冠醚没有的一些性质，如光学性质、磁性、生物活性等。
目前金属冠醚在生物活性方面(如杀菌，抗氧化等)得到广泛的应用。
杨华等[2]用M n ( O A c ) 2·4 H2O与6一羟基水杨羟肟酸反应得到了一个混合价态的六核锰的金属冠醚，发现其具有杀菌和抗氧化作用的生理活性。
冠醚
Synthesis of ion-selective polymer-supported crown ethers
离子选择性固载冠醚聚合物的合成
背景知识
20 世纪60 年代，有机化学有了很大的发展。但已有化合 物亦不能满足人们的研究需求，于是开始探索合成新的有 机化合物。1967 年，美国的Pedersen博士，在制备(双[2邻羟基苯氧基]乙基)醚时，意外地发现了一种大环多元醚 化合物，根据这些物质的化学结构、形状及特征将其称为 “冠醚(crown ether)”，由此开始了冠醚化学的研究。 1969年，Lehn等报道了冠醚对不同金属离子的配位选择性 的差异，发现其配位选择性与大环配体中杂原子种类、数 目及环的尺寸等有关。报告发表后，冠醚的特殊性质引起 化学家们的重视，冠醚化学逐渐成为倍受关注的新兴边缘 学科，目前已渗透到了化学的许多领域，例如有机合成、 配位化学、分析化学、萃取化学等。在分子催化、酶模拟、 生物学、土壤化学及医药等领域也得到广泛的应用。
冠醚孔径大小与阳离子的直径相匹配，两者 相互作用时产生最大的静电作用力，生成键的键 能最高，配合物最稳定。这是影响配合物稳定性 最重要的一个因素。根据硬软酸碱原则“硬酸与 硬碱、或软酸与软碱”容易结合。 冠醚中供电原子为氧，属于硬碱，因此冠醚 与碱金属、碱土金属等硬酸容易形成稳定的配合 物。本文献探究了由于冠醚上不同的配位原子连 接的有机物固载方式的不同，对金属离子的亲和 性的影响，从而导致对金属离子的选择性的不同。
冠醚是一类杂环化合物，基本单元是亚乙氧基（— CH2CH2O—），简单冠醚是二氧六环的环状低聚物，该基本单 元如果重复两次则为二氧六环，重复四次为12-冠-4，可以依 此规律进行类推。目前已有上万种的冠醚化化合物，它们具有 许多新奇的化学结构，并且所含的配位原子不再仅限于O、N ， S同时也包括P 和As 等。
冠醚—简介及命名
原子个数—冠（醚）—氧原子个数
2、冠醚衍生物的命名 另外冠醚还可以和苯环、无机金属离子、烃基 等形成其他的化合物，这一类化合物的命名方 法与烃的衍生物的命名方法大致相同。 与苯环形成的化合物可以以苯并某冠醚的形式 命名，比如：二苯并—18—冠（醚）—6、苯并—
18—冠（醚）—6等。
与烃基等取代基形成化合物是其命名方法可用 烷烃及其衍生物的命名方法来命名，比如：
冠醚是一类含有醚基的杂环化合物的总 称，冠醚又被称为“大环醚”。在有机 化学中冠醚被定义为：一类含有多个氧 原子的大环化合物的总称。
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1967年，美国J.C.Pedersen(佩德森)教授在 研究烯烃聚合催化剂时首次发现
美国化学家C.J.Cram（克莱姆）和法国 化学家J.M.Lehn（莱恩）从各个就可以得到，冠醚是一 类含有醚基的杂环化合物的总称，冠醚又被称为 “大环醚”。在有机化学中冠醚被定义为：一类 含有多个氧原子的大环化合物的总称。 冠醚的基本单元为亚乙氧基（—CH2CH2O—）， 该结构单元若被重复两次就可以得到最简单的 冠醚，一种二氧六环的环状低聚物。重复四次 则为12—冠—4，依次类推，目前世界上已经有 上万种的冠醚化化合物，其中最为常见的冠醚 为15—冠（醚）—5、18—冠（醚）—6。冠醚 有一定的毒性，必须避免吸入其蒸气或与皮肤 接触。
二、冠醚的发现
20世纪60年代，有机化学有了很大的发展，但是现有 的有机化合物依然满足不了人们的需求。1967年，美 国杜邦公司的J.C.Pedersen(佩德森)教授在研究烯烃 聚合催化剂时首次发现，之后美国化学家C.J.Cram （克莱姆）和法国化学家J.M.Lehn（莱恩）从各个角 度对冠醚进行了研究，J.M.Lehn首次合成了穴醚。
三位化学家共同获得了诺贝尔化学奖。
冠醚的研究与应用
冠醚的研究与应用简介冠醚，又称“大环醚”，是对发现的一类含有多个氧原子的两种常见的冠醚大环化合物的总称。
常见的冠醚有15-冠-5、18-冠-六，冠醚的空穴结构对离子有选择作用，在有机反应中可作催化剂[1]。
冠醚有一定的毒性，必须避免吸入其蒸气或与皮肤接触。
历史20世纪60年代，美国杜邦公司的C.J.Pedersen在研究烯烃聚合催化剂四氟硼酸重氮盐经冠醚催化，发生偶联反应时首次发现。
之后美国化学家C.J.Cram和法国化学家J.M.Lehn从各个角度对冠醚进行了研究，J.M.Lehn首次合成了穴醚。
为此，1987年C.J.Pedersen、C.J.Cram和J.M.Lehn共同获得了诺贝尔化学奖。
命名方法冠醚有其独特的命名方式，命名时把环上所含原子的总数冠醚通常采用威廉森合成法制取标注在“冠”字之前，把其中所含氧原子数标注在名称之后，如15-冠（醚）-5、18-冠（醚）-6、二环已烷并-18-冠（醚）-6。
性质与用途冠醚最大的特点就是能与正离子，尤其是与碱金属离子络合，并且随环的大小不同而与不同的金属离子络合。
例如，12-冠-4与锂离子络合而不与钠、钾离子络合；18-冠-6不仅与钾离二苯并-18-冠醚-6子络合，还可与重氮盐络合，但不与锂或钠离子络合。
(此处附注：其实18-冠-6是可以与钠离子络合的，只是其作用力不如钾离子那么强。
也不如15-冠-5与钠离子作用力强。
)冠醚的这种性质在合成上极为有用，使许多在传统条件下难以反应甚至不发生的反应能顺利地进行。
冠醚与试剂中正离子络合，使该正离子可溶在有机溶剂中，而与它相对应的负离子也随同进入有机溶剂内，冠醚不与负离子络合，使游离或裸露的负离子反应活性很高，能迅速反应。
在此过程中，冠醚把试剂带入有机溶剂中，称为相转移剂或相转移催化剂，这样发生的反应称为相转移催化反应。
这类反应速率快、条件简单、操作方便、产率高。
制取方法。
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学术课报告
—冠醚
组别：218宿舍组
姓名：黎国堃张强马成来闫尚王星驰顾雨指导老师：赵超
摘要：本次小学术课交流的话题为冠醚，从其名称冠醚我们就可以了解到关于冠醚的一些东西。
“醚”字可以的出该有机物为烃的衍生物醚类，其中必然含有醚基（—O—）。
“冠”意为王冠，由此我们就可以得出该有机物为环状化合物，但是有机物中可以含有不同个数的原子，不同个数的醚基，因此冠醚不仅仅是一种有机物而是一类有机物的统称。
在有机化学中冠醚的定义为：冠醚，又称“大环醚”，是对发现的一类含有多个氧原子的大环化合物的总称。
本次小学术课我们将从冠醚的发现、冠醚的命名、冠醚的性质、冠醚的制备、冠醚的应用等几个方面和大家共同讨论冠醚这一话题。
关键词：冠醚命名方法制备性质应用
正文：
一、冠醚简介
通过冠醚的名称分析我们就可以得到，冠醚是一类含有醚基的杂环化合物的总称，冠醚又被称为“大环醚”。
在有机化学中冠醚被定义为：一类含有多个氧原子的大环化合物的总称。
冠醚的基本单元为亚乙氧基（—CH2CH2O—），该结构单元若被重复两次就可以得到最简
单的冠醚，一种二氧六环的环状低聚物。
重复四次则为12—冠—4，依次类推，目
前世界上已经有上万种的冠醚化化合物，
其中最为常见的冠醚为15—冠（醚）—5、
18—冠（醚）—6。
冠醚有一定的毒性，必须避免吸入其蒸气或与皮肤接触。
二、冠醚的发现
20世纪60年代，有机化学有了很大的发展，但是现有的有机化合物依然满足不了人们的需求。
1967年，美国杜邦公司的J.C.Pedersen(佩德森)教授在研究烯烃聚合催化剂时首次发现，之后美国化学家
C.J.Cram和法国化学家J.M.Lehn从各个角度对冠
醚进行了研究，J.M.Lehn首次合成了穴醚。
为此，
1987年C.J.Pedersen、C.J.Cram和J.M.Lehn共同获
得了诺贝尔化学奖。
穴醚
三、冠醚及其化合物的命名
其实冠醚的命名方法很简单，其名字组要由三个部分组成：①表示冠醚内原子个数的数字②“冠”字也可以加醚字③表示冠醚中氧原子个数的数字，中间用短线隔开，其基本形式为：
原子个数—冠（醚）—氧原子个数
另外冠醚还可以和苯环、无机金属离子、烃基等形成其他的化合物，与苯
环形成的化合物一般以苯并某冠醚的形式命名，
比如：二苯并—18—冠（醚）—6、一苯并—18
—冠（醚）—6等。
与烃基等取代基形成化合物
是其命名方法可用烷烃及其衍生物的命名方法
来命名，比如：二环已烷并—18—冠（醚）—6、
甲基—18—冠（醚）—6等。
当冠醚与相应二苯并—18—冠（醚）—6
了解一种或一类物质我们就应该了解它所具有的性质，其中性质包括物理性质和化学性质两方面，物理性质包括熔沸点、状态、溶解性等等，化学性
质是物质在发生化学变化时才表现出来的性质叫做化学性质。
如：可燃性、
稳定性、酸性、碱性、氧化性、还原性等、助燃性、腐蚀性等。
因此要了解冠醚的性质就必须从物理性质和化学性质两个方面进行了解。
下面我们以18—冠—6为例了解冠醚的性质
1、冠醚的物理性质
18—冠—6醚为白色晶体，熔点36-40°C,沸点116℃（26.6Pa），可溶于水，有毒，因此必须避免吸入其蒸气或与皮肤接触。
他对眼睛具有一定的刺激性如果接触眼睛，立即使用大量清水冲洗并送医诊治。
2、化学性质
（1）与碱金属离子络合
由于冠醚是一种大分子环状化合物，其内部
有很大的空间，因此它能以正电离子特别是碱金属
离子发生络合反应，把无机物带入有机物中，它可
以作为想转移催化剂也是基于这个原理。
图为18-
冠-6与钾离子的络合物结构式。
18-冠-6与钾离子络合
并不是任何冠醚与任何碱金属离子组合都能形成络合物，冠醚孔径大小与阳离子的直径相匹配，每一种冠醚只能络合对应的正电离子12-冠-4与锂离子络合而不与钠、钾离子络合；18-冠-6不仅与钾离子络合，还可与重氮盐络合，但不与锂或钠离子络合。
2、醚的性质
既然冠醚为一种醚，含有醚基，那么他就因该具有醚的性质。
它可以和氧化剂、还原剂、活泼金属、碱、稀酸等不起反应，但与强酸性物质可以
发生某些化学反应
3、氢键与客体分子生成配合物
另外冠醚作为主体分子，它可以通过氢键与客体分子形成配合物，这种作用多发生在冠醚与铵离子之间
六、冠醚的应用
冠醚的特殊性质引起化学家们的重视，冠醚化学逐渐成为倍受关注的新兴边缘学科，目前已渗透到了化学的许多领域，例如有机合成、配位化学、分析化学、萃取化学等。
在分子催化、酶模拟、生物学、土壤化学及医药等领域也得到广泛的应用。
下面我们主要介绍冠醚在有机合成与分析化学种的应用。
1、冠醚在有机合成种的应用—相转移催化剂
在一些有机化学反应中，由于反应物有油态和水态两种状态，在反应中会出现相界，使得反应速度大大减慢。
这是我们就需要一种催化剂把水性物质带入油性物质中，同时把油性物质带入水性物质中。
由于冠醚为大分子环状化合物，其中间有很大的空间，能携带一些离子等。
所以在有机合成中可用冠醚作为相转移催化剂。
比如：18-冠-6和乙腈存在下，氰化钾与氯化苄反应得到苯乙腈，产率为100%。
2、冠醚土壤化学种的应用—去除环境中的有毒离子
离子进入冠醚的空穴中形成聚合物固载试剂，这种物质易处理，可回收利用。
所以可用于去除环境中的有毒离子，还能用于水的净化、土壤净化，去除目标金属离子。
附页：（宿舍分工）
思路设计：黎国堃
资料搜集：张强马成来闫尚王星驰顾雨报告整理：黎国堃。