18 - 冠醚 - 6(18-Crown-6)
18 - 冠醚 - 6 是一种大环多醚化合物,化学名称为1,4,7,10,13,16 - 六氧杂环十八烷,因分子中含有 18 个原子组成的环且环上有 6 个氧原子而得名ACS。它是冠醚家族中最具代表性的成员之一,由 Charles J. Pedersen 于 1967 年在杜邦公司首次合成并报道,这项工作为他赢得了 1987 年诺贝尔化学奖ACS。
一、基本信息
| 参数 | 详细内容 |
|---|---|
| 分子式 | C₁₂H₂₄O₆ |
| 分子量 | 264.32 g/mol |
| CAS 号 | 17455-13-9 |
| 外观 | 白色结晶性固体 |
| 熔点 | 42-45°C |
| 沸点 | 395.8°C(760 mmHg),116°C(0.2 mmHg) |
| 密度 | 1.0±0.1 g/cm³(20°C),1.175 g/cm³ |
| 闪点 | >110°C(>230°F) |
| 溶解性 | 溶于水、甲醇、乙醇、丙酮、乙腈,微溶于氯仿,不溶于正己烷 |
二、化学结构与络合特性
18 - 冠醚 - 6 的分子结构是一个对称的 18 元环,由 6 个氧原子和 12 个碳原子交替排列组成,每个氧原子间隔两个亚甲基 (-CH₂CH₂-)ACS。其空腔直径约为 2.6-3.2 Å,与钾离子 (K⁺,直径 2.66 Å)、铵离子 (NH₄⁺,直径 2.86 Å) 和铷离子 (Rb⁺,直径 2.94 Å) 的大小高度匹配,因此对这些离子表现出极强的选择性络合能力。
氧原子的孤对电子能够与阳离子形成多中心配位键,使 18 - 冠醚 - 6 成为优秀的宿主分子,可与多种金属阳离子、铵盐和有机阳离子形成稳定的主 - 客体络合物。这种络合作用能使无机盐溶解于非极性有机溶剂中,同时使阴离子 "裸露",增强其亲核活性。
三、合成方法
18 - 冠醚 - 6 通常通过威廉姆森醚合成法制备,主要有两种经典路线:
三甘醇与三甘醇二对甲苯磺酸酯缩合:在碱性条件下,三甘醇 (HOCH₂CH₂OCH₂CH₂OCH₂CH₂OH) 与三甘醇二对甲苯磺酸酯 (CH₃C₆H₄SO₂OCH₂CH₂OCH₂CH₂OCH₂CH₂OSO₂C₆H₄CH₃) 发生分子内缩合反应,形成 18 元环结构ACS。
二氯乙醚与三甘醇缩合:在强碱存在下,二氯乙醚 (ClCH₂CH₂OCH₂CH₂Cl) 与三甘醇进行环化缩合反应,生成目标产物ACS。
四、主要用途
相转移催化剂:最广泛的应用领域,能促进离子化合物在非极性溶剂中的反应,显著提高反应速率和产率,尤其适用于亲核取代反应、氧化反应和还原反应。
离子分离与萃取:用于贵金属和稀土元素的分离提取,利用其对特定阳离子的选择性络合能力,将目标离子从水溶液转移到有机相中。
化学分析:在离子色谱、原子吸收光谱等分析技术中用作离子富集剂、分离剂和掩蔽剂,提高分析的选择性和灵敏度。
材料科学:作为离子导电材料用于固态电解质和传感器,也可用于液晶显示元件的制作材料。
有机合成:促进冠醚络合的有机金属试剂的制备与反应,以及模板合成特定结构的有机化合物。
生物医药:研究其与生物分子 (如 DNA、蛋白质) 的相互作用,以及在药物递送系统中的潜在应用。
五、毒性与安全性
18 - 冠醚 - 6 具有中等毒性,主要风险包括:
急性毒性:口服、吸入和皮肤接触均可能引起中毒,症状包括头痛、头晕、恶心、呕吐、腹泻等。
累积毒性:具有一定的生物累积性,长期接触可能对肝脏、肾脏和中枢神经系统造成损害。
刺激性:对眼睛、皮肤和呼吸道有刺激性。
安全操作建议:
佩戴适当的防护装备 (手套、护目镜、实验室外套)
在通风橱中进行操作
避免与皮肤和眼睛直接接触
储存于阴凉、干燥、通风良好的区域,远离火源和氧化剂
六、特殊应用实例
使高锰酸钾 (KMnO₄) 溶解于苯等非极性溶剂中,用于烯烃的氧化反应
促进氟化钾 (KF) 参与的亲核氟化反应,提高氟代产物的产率
用于制备 "裸" 阴离子试剂,如 18 - 冠醚 - 6 络合的钾盐,增强阴离子的反应活性
在超分子化学中作为构建模块,用于制备轮烷、索烃等复杂拓扑结构分子




