螺环化合物

两个单环共用一个碳原子的多环化合物

两个单环共用一个碳原子的多环化合物称为螺环化合物，共用的碳原子称为螺原子。螺环化合物具有刚性结构，结构稳定，其手性配体有较大的比旋光度，在不对称催化、发光材料、农药、高分子黏合剂等方面有重要应用。

分类

（1）按螺原子个数，螺环化合物可分为单螺化合物、二螺、三螺及含多个螺原子的多螺化合物。

（2）按所含原子的种类可分为碳环螺环化合物和杂环螺环化合物，当组成碳环螺环化合物的碳原子被其他原子所取代后，形成杂环螺环化合物。

（3）按环的种类，可分为饱和、不饱和、芳香和脂肪螺环化合物。

（4）配位杂螺环化合物。螺环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。如果螺原子是金属原子，一般均形成配位键，这样的螺环化合物称为配位杂环化合物。

命名

螺环化合物的一般命名原则为：

单螺环化合物根据参与成环的碳原子总数确定母体烃的名称；将螺环上所有原子按先小环后大环并使螺原子处于最小为的顺序依次编号；然后在方括号内顺着整个环的编号次序用数字标明各螺原子间所夹的碳原子数目，加上在相当于整个环的链烃名称的前面；数字之间用下角圆点隔开，其格式为：螺[a. b]某烷。

英文中用spiro表示螺。

多螺环由较小的端环顺次编完，尽量给螺原子以最小编号。

构象

简单碳螺环

螺原子是sp 3 杂化，所以两个环之间是相互垂直的，如图1所示。

杂螺环

杂螺环的异头效应是指在构象中两个电负性强的原子或孤对电子处于反方向，以减小分子的偶极矩，使分子内能下降。1968年，Descotes研究小组首先提出了异头效应。他们在研究二环缩醛的时候发现图2两种化合物在80℃时的平衡混合物中含有57%的顺式异构体和43%的反式异构体，顺式异构体比反式异构体稳定，之间能量差为0.71kJ/mol。因为顺式异构体存在异头效应，而反式异构体没有这种效应。

应用

高分子膨胀剂

高分子在聚合或固化过程中会发生体积收缩，其原因是液体状态的单体分子或未交联的长链分子间的作用力为范德华力，分子间距离较大；聚合或交联后，结构单元之间处于共价键距离，仅此导致了聚合物体积的收缩。提及收缩对聚合物来说有时是致命的缺陷，如造成聚合物老化加快、变形、综合性能下降等。为解决聚合物固化时的体积收缩问题，化学家们进行了不懈的努力，但一般只能降低而不能完全消除体积收缩，直到1972年Bailey等人开发了一系列螺环化合物，发现这些化合物聚合时体积没有收缩反而出现了膨胀。膨胀单体的发现引起了很多科学家的兴趣，随之展开了大量研究。膨胀单体已成为研究非常活跃的功能高分子材料。螺环原酸酯和螺环原碳酸酯等结构的化合物是很好的膨胀单体，已用于制备高强度复合材料、高性能黏合剂、生物降解高分子材料和医用高分子材料，也用于通用高分子的改性及合成带有官能团的低聚物等。

电致发光

有机化合物能否发光以及发光波长和发光效率如何，主要取决于化学结构。荧光通常发生在具有刚性平面和共轭体系的分子中，提高电子共轭效应和分子的共面性，有利于提高荧光效率。有机分子暗光材料很多，主要类型有：螺环类、聚对苯乙炔类、聚噻吩类以及聚噻二唑及金属配位化合物等，其中螺环芳香类化合物具有大的共轭体系和较好的刚性共面，而且玻璃化温度高，有高的热稳定性，制作EL器件工艺简单，不需要复杂的设备，因而有可能降低期间制作成本，易于制备大面积器件。

农药

含杂原子的稠环、螺环化合物因作用机理独特，不易产生抗性，在农药的开发中受到广泛的关注。例如：Rudi等报道了3,9-二氯-2,4,8,10-四氧杂-3,9-二磷杂螺环[5.5]十一烷-3,9-二氧化物与硫化氢反应，合成一种新型螺环化合物3,9-二氢-3,9-二硫-2,4,8,10-四氧-3,9-二磷螺[5.5]十一烷。其衍生物是一类新型的有机磷杀虫剂和除草剂，能有效除去小麦、谷类、棉花、大豆中的芥草、猪草等。

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