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金刚烷类化合物为何特殊:从刚性笼状结构、选择性官能化到药物化学与功能材料应用

引言

 

         金刚烷的分子式为C₁₀H₁₆,仅由碳和氢组成,不含芳香环、杂原子或不饱和键。从元素组成看,它只是一个饱和烃;但在药物化学、光刻材料、低介电聚合物、多孔材料和超分子水凝胶中,金刚烷及其衍生物均具有明确用途。[3,8–12]

 

         金刚烷受到关注,是因为其分子同时具备几项相互关联的结构特征:刚性的三维笼状骨架、较低的构象自由度、集中的疏水体积,以及可以向不同方向引入官能团的碳位点。[2,3]

金刚烷母体缺少强极性和高反应性官能团。经过卤化、氧化、胺化、羧基化或可聚合基团修饰后,它可以转化为有机合成中间体、药物结构片段、聚合单体或三维交联节点。

 

         关键词:金刚烷;金刚烷类化合物;金刚石烃;三维笼状结构;桥头位;桥连位;选择性官能化;构象限制;疏水体积;药物化学;光刻材料;低介电聚合物;主—客体识别;多孔有机材料。

 

1 金刚烷的笼状结构为什么特殊

 

1.1 金刚烷是什么

         金刚烷(adamantane),系统名称为三环[3.3.1.1³,⁷]癸烷,是由10个sp³杂化碳原子构成的饱和桥环烃。其碳原子连接方式对应金刚石晶格中的一个有限片段,因此金刚烷属于类金刚石烃。[1]

         “金刚烷”中的“金刚”描述的是碳原子的空间连接方式,并不表示金刚烷晶体具有金刚石的宏观硬度。金刚石中的碳原子通过共价键形成连续的三维网络,而固态金刚烷由独立分子组成,分子之间主要依靠分子间作用力。

 

金刚烷的10个碳原子可分为两类:

 

碳位点

数量

编号

结构特征

桥头碳

4个

1、3、5、7位

叔碳,每个碳连接一个氢原子

桥上亚甲基碳

6个

2、4、6、8、9、10位

仲碳,以—CH₂—形式存在

 

         在未取代金刚烷中,4个桥头碳彼此等价,6个桥连碳也彼此等价。桥头位置通常编号为1、3、5、7位,并近似朝向四面体的四个方向。多官能化金刚烷可以利用这种方向性构建三维分子或聚合物网络。[1,2]

 

 

1.2 刚性来自相互锁定的环结构

         金刚烷可以理解为多个接近椅式构象的六元环单元相互稠合并锁定形成的笼状结构。普通环己烷能够发生椅式构象翻转,金刚烷中的各个环则不能独立翻转,因此整个碳骨架只能发生幅度较小的构象变化。[2]

 

金刚烷的刚性主要表现在以下方面:

         ① 碳骨架不易发生大幅构象变化。

         ② 分子的三维形状相对稳定。

         ③ 与金刚烷连接的取代基具有较明确的空间方向。

         ④ 将金刚烷引入聚合物后,可以限制邻近链段运动。

         这里的“刚性”描述的是分子构象受到限制,并不等同于宏观材料的硬度。含金刚烷材料的硬度、韧性和加工性还取决于分子量、连接基团、交联程度以及其他结构单元。

 

1.3 笼状结构不等于高环张力

         某些笼状烃含有严重偏离理想键角的小环,因此具有较高环张力。金刚烷中的碳原子接近sp³碳的四面体几何,六元环单元接近椅式构象,因此整体环张力较低。[2]

 

需要区分两个概念:

         ① 刚性反映分子发生构象变化的难易程度。

         ② 环张力反映化学键偏离理想键角和扭转构象所积累的能量。

         金刚烷属于刚性较高而环张力较低的笼状烃。这一结构组合使其能够保持稳定的三维形状,又不会像某些高应变笼状烃那样容易通过骨架断裂释放应变能。[2]

 

1.4 疏水性集中在固定的三维体积中

         金刚烷仅含碳和氢,缺少能够与水形成强氢键的官能团,因此母体具有明显疏水性。与柔性直链烷基相比,金刚烷基的疏水表面集中在一个相对固定、近似球状的三维体积中。[3]

 

这种结构可能影响:

         ① 分子在水相与脂相之间的分配行为。

         ② 分子与蛋白质结合口袋或主体分子疏水空腔的尺寸匹配和空间占位。

         ③ 相邻官能团之间的空间方向和距离。

         ④ 分子在晶体、薄膜或聚合物中的堆积方式。

         ⑤ 聚合物链段的堆积紧密程度和自由体积。

 

         因此,金刚烷基不能仅理解为增加脂溶性的烷基。它还会改变分子的整体形状、空间位阻、取代基方向和分子堆积方式。[3]

 

2 金刚烷如何转化为官能化衍生物

 

         金刚烷母体缺少能够直接进行成盐、酰胺化、交联或聚合的官能团。将其转化为药物或材料结构,通常需要先在桥头位或桥连位引入卤素、羟基、羰基、羧基、氨基或可聚合基团。

         下文反应式中,Ad表示金刚烷基;当取代位置需要区分时,则直接标明1位或2位。

 

2.1 桥头位和桥连位的反应性不同

         桥头碳属于叔碳,桥连碳属于仲碳。两类碳—氢键在空间环境、自由基中间体性质和离子型反应行为方面存在差异。

 

许多自由基取代和氧化反应会形成桥头位产物,但桥头位选择性并不是所有金刚烷反应的固定规律。实际产物分布还受到以下因素影响:

         ① 氢原子转移试剂的亲电性或亲核性。

         ② 催化剂和自由基试剂的空间体积。

         ③ 已有取代基产生的诱导效应和位阻。

         ④ 溶剂、温度和反应浓度。

         ⑤ 反应经自由基、碳正离子还是金属有机中间体进行。

         近年来发展的直接碳—氢键官能化通常先通过氢原子转移形成金刚烷自由基,再利用该自由基构建新的碳—碳键。[2]

 

通用氢原子转移过程:

         Ad—H + X· → Ad· + X—H

         其中,X·表示能够从金刚烷碳—氢键夺取氢原子的自由基。

金刚烷自由基向烯烃加成:

         Ad· + CH₂=CH—Z → Ad—CH₂—CH·—Z

         所得碳中心自由基还需要经过夺氢、原子转移、单电子转移或其他终止过程,才能形成稳定产物。后续步骤随具体反应体系而变化。[2]

 

2.2 卤代金刚烷提供取代反应接口

         1-溴金刚烷和1-氯金刚烷是常见桥头位中间体。在适当的极性质子溶剂或其他促进离子化的条件下,1-卤代金刚烷可发生具有明显碳正离子特征的溶剂解或亲核取代反应。

 

以水解为例,可用下式概括其总反应:

         1-溴金刚烷 + H₂O → 1-金刚烷醇 + HBr

         该式表示反应物和主要产物之间的计量关系,不表示反应经过游离的1-金刚烷基碳正离子一步完成。实际过程中可能涉及离子对、溶剂稳定化中间体和多步质子转移。[2]

         在自由基条件下,卤代金刚烷也可以作为金刚烷自由基前体,用于形成碳—碳键或碳—杂原子键。

 

2.3 醇和酮连接酯化、氧化及羰基反应

         常见含氧金刚烷衍生物包括1-金刚烷醇、2-金刚烷醇和2-金刚烷酮。它们虽然都含氧,但羟基或羰基所处位置不同,因此反应性质并不相同。

 

2.3.1 1-金刚烷醇

         1-金刚烷醇属于叔醇,可进行酯化、醚化,也可转化为离去基团。

以三乙胺为缚酸剂的酰氯酯化为例:

         1-Ad—OH + RCOCl + Et₃N → RCOO—Ad + Et₃NHCl

         式中,Et₃N为三乙胺,RCOO—Ad为金刚烷基酯。

 

         由于1-金刚烷醇中羟基所连接的碳原子没有氢,它不能按照普通仲醇脱氢氧化的方式直接转化为2-金刚烷酮。强氧化条件下可能发生其他反应,但不应将其概括为常规“醇氧化成酮”。

 

2.3.2 2-金刚烷醇与2-金刚烷酮

2-金刚烷醇属于仲醇,可被氧化为2-金刚烷酮:

         2-金刚烷醇 + [O] → 2-金刚烷酮 + H₂O

         式中,[O]表示提供一个氧化当量的氧化剂,不代表某一种具体试剂。

 

2-金刚烷酮具有典型羰基反应性,可以进行:

         ① 还原生成2-金刚烷醇。

         ② 与羟胺反应形成肟。

         ③ 与有机金属试剂发生羰基亲核加成。

         ④ 与伯胺或仲胺进行还原胺化。

         还原胺化通常先形成亚胺或亚胺鎓中间体,再进行还原。中间体形式和还原方式取决于胺的类型、溶液酸碱度及还原剂。

 

2.4 羧酸和胺提供酰胺化与分子连接接口

         金刚烷羧酸可用于制备酯、酰胺和其他羧酸衍生物。羧酸与胺直接混合通常首先形成酸碱盐;要高效形成酰胺,一般需要先将羧基活化,或将羧酸转化为酰氯、活性酯等衍生物。

 

以金刚烷甲酰氯为例:

         Ad—COCl + H₂N—R + Et₃N → Ad—CONH—R + Et₃NHCl

         其中,Ad—COCl表示金刚烷甲酰氯,Ad—CONH—R表示相应酰胺。

 

若使用碳二亚胺、脲鎓盐或其他偶联试剂,分步过程表示如下:

         Ad—COOH → 活化羧酸中间体

         活化羧酸中间体 + H₂N—R → Ad—CONH—R

 

金刚烷胺中的氨基还可以:

         ① 与酸形成盐。

         ② 与羧酸活化衍生物形成酰胺。

         ③ 与异氰酸酯形成脲。

         ④ 参与烷基化或还原胺化。

         金刚烷笼提供疏水体积和空间形状,氨基则提供碱性、离子化能力和后续反应性。含氮金刚烷的性质来自两部分共同作用。

 

2.5 可聚合衍生物将金刚烷引入聚合物

         金刚烷基丙烯酸酯和金刚烷基甲基丙烯酸酯可通过自由基加成聚合,将金刚烷引入聚合物侧链。

以金刚烷基甲基丙烯酸酯为例:

         n CH₂=C(CH₃)—COOAd → [—CH₂—C(CH₃)(COOAd)—]ₙ

 

         聚合时,单体碳—碳双键转化为聚合物主链中的碳—碳单键,金刚烷基保留在侧链。聚合物主链提供基本成膜和力学结构,金刚烷侧基则参与调节链段运动、疏水性和分子堆积。

 

2.6 官能团数量决定金刚烷承担的结构作用

 

官能化形式

主要结构作用

代表用途

单官能化

作为端基、药物片段或单一识别基团

药物分子、表面修饰、主—客体识别

双官能化

作为连接基、扩链单元或交联剂

线性聚合物、交联网络

多官能化

作为三维网络节点

多孔材料、高交联树脂、多价组装

 

         当1、3、5、7位分别连接反应基团时,金刚烷可以沿近似四面体方向构建三维网络。此时,金刚烷的主要作用从分子末端修饰转变为控制网络连接方向和拓扑结构。

 

3 官能化金刚烷如何改变分子性质

 

         官能团决定分子能够进行哪些化学反应,金刚烷笼决定这些官能团处于怎样的三维环境。两部分共同控制最终性质。

 

3.1 构象限制提高三维形状的可预测性

         柔性分子通常存在多种可以相互转化的构象。与蛋白质结合或进入有序材料结构时,只有部分构象可能具有合适的空间排列。

         引入金刚烷后,分子中的可旋转自由度可能减少,取代基的相对方向也会受到限制。如果预组织构象接近目标结合构象,分子结合时需要损失的构象自由度可能减少;如果固定方向与结合位点不匹配,刚性结构也可能妨碍有效结合。[3]

         因此,金刚烷的结构作用是限制构象并提高三维形状的可预测性,而不是普遍增强分子与靶点的结合能力。

 

3.2 疏水体积改变溶解性和分配行为

         引入金刚烷基通常会增加分子的疏水表面积和脂相分配倾向,但实际影响还取决于分子中其他极性和离子化基团。[3,4]

 

金刚烷基可能产生以下作用:

         ① 填充蛋白质中的疏水结合口袋。

         ② 改变分子在水相、脂质膜和疏水材料之间的分配。

         ③ 改变邻近官能团接触水或反应试剂的程度。

         ④ 改变分子的代谢暴露位置和非特异性结合倾向。

 

与此同时,金刚烷基也可能带来以下限制:

         ① 水溶性下降。

         ② 分子聚集倾向增加。

         ③ 非特异性蛋白结合增强。

         ④ 制剂开发难度增加。

         ⑤ 体内分布和清除行为发生变化。

         因此,药物中的金刚烷基常与胺、羧酸、羟基或其他极性结构配合。极性部分承担离子化、氢键或特异性识别,金刚烷部分提供疏水体积和三维支撑。[3,4]

 

3.3 空间位阻改变反应中心的可接近性

         金刚烷基体积较大,且不能像柔性烷基那样通过旋转大幅改变形状。因此,它可以部分遮挡邻近反应中心,改变试剂、酶或其他分子靠近该位置的难易程度。

 

这种空间效应可能用于:

         ① 调节化学反应的区域选择性或立体选择性。

         ② 减少发色团之间过度接近和聚集。

         ③ 改变聚合物链段之间的接触方式。

         ④ 调节活性位点或易代谢化学键的暴露程度。

         位阻也可能降低聚合、偶联或交联速率。因此,金刚烷与反应中心之间的连接臂长度、取代位置和官能团密度需要结合具体体系确定。

 

3.4 刚性和体积共同影响聚合物链段运动

         金刚烷引入聚合物后,通常会产生两类相互关联但方向不同的作用。

         第一,刚性笼状结构可限制链段运动,可能提高玻璃化转变温度(glass transition temperature,Tg)和高温尺寸稳定性。

         第二,非平面的大体积结构可能阻碍链段紧密堆积,增加自由体积,进而影响密度、吸水性、气体传输和介电性质。

 

结构变化

可能产生的影响

链段运动受到限制

Tg升高,高温形变减小

链间紧密堆积受到干扰

自由体积和密度发生变化

多位点交联

耐溶剂性和尺寸稳定性提高

金刚烷含量或交联密度偏高

柔韧性、溶解性和加工性下降

 

         这些性质不能由金刚烷单独决定。例如,在含苯并环丁烯(benzocyclobutene,BCB)基团的聚合物中,金刚烷提供刚性和空间体积,BCB基团承担热交联作用,含氟芳香结构还会影响极化率和吸水性。[10]

 

3.5 主—客体识别赋予动态可逆性

         金刚烷基的尺寸和疏水表面与β-环糊精(β-cyclodextrin,β-CD)的疏水空腔具有较好的匹配关系。金刚烷客体进入β-CD空腔后,可减少疏水表面暴露于水,同时形成范德华接触和疏水作用。[11]

 

该包合平衡可表示为:

         β-CD + Ad—R ⇌ β-CD⊃Ad—R

         式中,β-CD为主体,Ad—R为金刚烷客体,符号“⊃”表示客体被包合在主体空腔中。该式表示非共价结合平衡,不是生成新共价键的化学反应。

 

         如果一种聚合物连接金刚烷基,另一种聚合物连接β-CD,二者混合后可通过多个主—客体复合点形成物理交联网络。外力作用时,部分复合点解离;外力减弱后,主—客体结构可以重新形成。[11]

 

4 金刚烷结构如何转化为典型功能

 

4.1 药物化学:金刚烷是三维结构片段,不是固定药效团

         含金刚烷结构的药物可以作用于不同靶点,说明金刚烷本身不对应单一药理机制。它主要提供疏水体积、空间占位和构象限制,完整药理作用则由金刚烷、极性官能团、芳香结构和其他药效部分共同决定。[3,4]

 

4.1.1 金刚烷胺

         金刚烷胺由金刚烷桥头位连接氨基形成。氨基提供碱性和成盐能力,金刚烷笼提供疏水体积。

         金刚烷胺用于帕金森病相关症状及部分药物诱导的锥体外系反应。它也能够抑制甲型流感病毒M2离子通道,但由于流行季节性甲型流感病毒对该类药物存在广泛耐药性,美国疾病控制与预防中心目前不推荐将金刚烷胺和金刚乙胺用于季节性流感的治疗或预防。[4,7]

 

4.1.2 美金刚

         美金刚是1-氨基-3,5-二甲基金刚烷。它属于低至中等亲和力的开放通道型N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate,NMDA)受体拮抗剂,用于中重度阿尔茨海默病相关痴呆的治疗。[5]

         美金刚的金刚烷笼和甲基共同形成疏水三维骨架,氨基在生理条件下可发生质子化。其作用来自完整分子的电荷状态、空间体积和通道结合动力学,不能仅归因于金刚烷结构。

 

4.1.3 阿达帕林

         阿达帕林是含金刚烷基的外用维甲酸类药物,用于寻常痤疮的局部治疗。[6]

         药理研究显示,阿达帕林可调节细胞分化、角化和炎症相关过程,但这些发现与其治疗痤疮作用机制之间的具体关系尚未完全明确。金刚烷基是其刚性疏水结构的一部分,但阿达帕林的药理作用不宜归结为金刚烷基本身。[6]

 

4.2 光刻材料:利用脂环结构、刚性和溶解性变化

         以193 nm曝光为代表的深紫外光刻(deep-ultraviolet lithography,DUVL)要求光刻胶兼顾曝光波长下的透明性、成膜性、显影对比和干法刻蚀耐受性。

         芳香族树脂在193 nm附近可能产生较强吸收,因此早期193 nm光刻胶研究采用丙烯酸或甲基丙烯酸主链,并引入金刚烷等脂环结构,以平衡光学透明性、热性能和刻蚀耐受性。[8]

 

在化学放大型正性光刻胶中,曝光产生酸,酸催化保护基脱除,使曝光区域的极性和碱溶性增加。金刚烷或甲基金刚烷结构可同时承担以下作用:

         ① 作为酸敏酯结构的一部分,参与曝光前后溶解性变化。

         ② 提供刚性脂环结构,调节Tg和图形稳定性。

         ③ 增加树脂中的环状碳结构,参与调节干法刻蚀耐受性。

         ④ 改变树脂疏水性、成膜性以及与其他光刻胶组分的相容性。

 

         早期研究表明,2-甲基-2-金刚烷基酯可作为酸敏保护结构用于193 nm化学放大型光刻胶。[8] 2024年的研究则将金刚烷、甲基金刚烷、羟基和少量交联单元共同引入丙烯酸树脂,用于深紫外光刻和热纳米压印研究。[9]

         这类材料的性能来自多种结构单元的协同。金刚烷含量偏高时,也可能造成树脂溶解困难、薄膜脆化、显影行为变化或与其他组分相容性下降。

 

4.3 低介电聚合物:利用低极性、自由体积和交联协同

         高频电子材料需要控制电场作用下的分子极化和介电能量损耗。金刚烷由低极性碳氢骨架组成,较大的非平面体积还可能阻碍聚合物链紧密堆积。

 

在低介电聚合物设计中,金刚烷可能承担以下作用:

         ① 低极性碳氢骨架减少部分偶极极化来源。

         ② 大体积非平面结构调节链间堆积和自由体积。

         ③ 刚性结构限制链段运动。

         ④ 与热交联基团结合后,提高网络的高温尺寸稳定性。

 

         2024年报道的含金刚烷连接基和BCB交联基团的聚合物,在10 GHz条件下表现出较低介电性质,并具有较高热稳定性。[10]

         不过,介电性能还受到连接基团极化率、含氟结构、残余极性基团、吸水性、交联均匀性和孔隙状态影响。因此,不能根据“含有金刚烷”直接推断材料具有低介电性能。

 

4.4 超分子水凝胶:利用可逆主—客体交联

         在超分子水凝胶中,金刚烷常作为客体,β-CD作为主体。分别将二者连接到透明质酸等高分子后,两种高分子混合即可通过主—客体包合形成物理网络。[11]

         该网络受到剪切时,部分主—客体连接点解离,材料黏度下降;剪切减弱后,金刚烷重新进入β-CD空腔,网络逐渐恢复。这是剪切变稀和自修复行为的分子基础。[11]

 

此类体系可用于:

         ① 注射型材料。

         ② 局部药物或细胞递送。

         ③ 三维打印用生物墨水。

         ④ 动态细胞培养基质。

         金刚烷在其中不直接提供生物活性,而是提供能够反复结合和解离的分子识别位点。材料的强度、降解速度和生物相容性仍由高分子主链、取代度、聚合物浓度和附加交联方式共同决定。

 

4.5 多孔有机材料:利用多方向连接构建孔结构

         多官能金刚烷可以作为共价网络中的交联节点。其刚性和非平面几何能够限制网络链段过度重排,有助于形成或保持微孔、纳米孔结构。

         2024年有研究利用1,3-二溴金刚烷与六苯基苯发生傅克反应,制备纳米多孔有机聚合物,并评价其对苯和环己烷的吸附与分离性能。[12]

 

金刚烷在该体系中主要承担以下作用:

         ① 提供刚性脂环族交联单元。

         ② 固定连接基团的空间方向。

         ③ 调节孔道中的脂肪族化学环境。

         ④ 限制网络发生过度紧密堆积。

         材料的吸附量和选择性还取决于孔径、比表面积、孔壁芳香性、交联密度以及目标分子的尺寸和相互作用方式。存在金刚烷节点,并不表示材料天然具有特定吸附选择性。

 

5 金刚烷类化合物的设计逻辑与研究重点

 

5.1 根据目标功能选择官能化形式

 

研究目的

可关注的金刚烷衍生物

选择依据

桥头位取代与基础反应研究

金刚烷、1-卤代金刚烷

可用于研究自由基、离子型取代和碳—碳键构建

羰基及含氮衍生物合成

2-金刚烷醇、2-金刚烷酮

可进行氧化、还原、亲核加成和还原胺化

酯和酰胺连接

金刚烷醇、金刚烷羧酸、金刚烷胺

便于连接药效团、聚合物或表面基团

侧链型聚合物

金刚烷基丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯

可通过自由基聚合引入刚性侧基

共价交联与多孔网络

双官能和多官能金刚烷

可形成多方向永久连接

动态超分子网络

单官能金刚烷客体

可与环糊精形成可逆包合

 

         选择金刚烷衍生物时,需要先明确金刚烷在目标结构中的作用:是承担疏水占位、固定官能团方向、提供反应接口,还是构建多方向网络。不同作用对应的取代位置、官能团数量和连接方式并不相同。

 

5.2 结构作用与性能限制需要同时评价

 

结构特征

可能带来的作用

可能出现的限制

刚性碳笼

限制构象,提高尺寸稳定性

柔韧性和构象适应能力下降

集中疏水体积

增强疏水相互作用和脂相分配

水溶性下降,聚集或非特异性结合增加

较大空间位阻

调节反应中心暴露和分子堆积

反应速率、交联效率或靶点进入能力下降

多方向官能化

构建交联网络和孔结构

合成选择性及网络均匀性控制难度增加

主—客体识别

形成动态可逆网络

力学强度和稳定性受到结合平衡影响

 

5.3 当前研究关注的核心问题

         近年来,金刚烷类化合物研究主要集中在以下方向:

 

① 提高碳—氢键官能化的位置选择性。

         通过自由基、光化学或催化方法,减少预先制备卤代物和含氧中间体的步骤,并控制桥头位、桥连位及单取代、多取代产物比例。[2]

 

② 将金刚烷从末端疏水基团转变为多取代三维药物骨架。

         通过不对称取代和多方向连接,调节多个药效基团之间的空间关系。[3]

 

③ 协调光刻材料中的透明性、溶解性与刻蚀耐受性。

         金刚烷需要与酸敏基团、极性单体和交联单元共同设计,而不是单独提高其含量。[8,9]

 

④ 协调低介电材料中的自由体积、交联和吸水性。

         较大自由体积有利于降低单位体积内的可极化基团密度,但过多孔隙或极性残基也可能增加吸水和介电损耗。[10]

 

⑤ 区分永久共价网络与动态超分子网络。

         多官能金刚烷可作为永久交联和多孔网络的连接节点;单个金刚烷客体基团可与环糊精形成动态可逆包合,宏观物理网络通常依赖聚合物链上的多价主—客体作用。[11,12]

 

         这些方向的共同问题不是金刚烷能否赋予某种功能,而是如何通过取代位置、官能团数量、连接基团和整体分子组成,将其结构效应控制在适合具体应用的范围内。

 

6 金刚烷类化合物结构、官能化及药物与材料研究相关代表化学品分类与科研应用

 

         说明:以下产品主要用于金刚烷结构、官能化反应、药物分析、聚合与交联、主—客体识别及材料性能研究。部分应用根据产品结构与相关研究路线归纳,不代表均已在本文所述具体药物或材料体系中获得直接实验验证。

 

表1 金刚烷母核、卤代物及含氧官能化中间体

 

分类

Cas编号

阿拉丁货号

名称

规格或纯度

产品特色与应用

金刚烷基础母核

281-23-2

A105219

金刚烷

≥99%

用于刚性三维笼状骨架、桥头位与桥连位反应性、碳—氢键官能化及结构—性质关系研究。

高级金刚石烃

2292-79-7

D155205

双金刚烷

≥97%

用于高级金刚石烃骨架、笼状结构尺寸效应、碳—氢键选择性及纳米碳分子研究。

桥头位氯代中间体

935-56-8

C153451

1-氯金刚烷

≥98%(GC)

用于桥头位亲核取代、溶剂解、碳正离子反应及含氧、含氮衍生物合成。

桥头位溴代中间体

768-90-1

B120308

1-溴金刚烷

≥97%(GC)

用于桥头位取代、自由基生成、碳—碳键和碳—杂原子键构建。

桥头位碘代中间体

768-93-4

I472626

1-碘金刚烷

≥95%

用于金刚烷基自由基前体、卤素离去能力比较及桥头位官能团转换研究。

双位点卤代中间体

876-53-9

D155459

1,3-二溴金刚烷

≥97%(GC)

用于1,3-双位点取代、双官能金刚烷制备、交联单元及多孔有机网络构建。

四位点卤代网络前体

7314-86-5

T304500

1,3,5,7-四溴金刚烷

≥95%

用于四桥头位官能化、四面体连接节点、三维交联网络及多孔材料研究。

桥头位叔醇

768-95-6

A118555

1-金刚烷醇

≥99%

用于金刚烷基酯、醚及酸敏衍生物合成,以及桥头位叔醇反应性研究。

羟甲基连接中间体

770-71-8

A118554

1-金刚烷甲醇

≥99%

用于引入羟甲基连接臂、酯化、醚化、氧化及聚合物侧基修饰。

桥连位仲醇

700-57-2

A118553

2-金刚烷醇

≥98%

用于桥连位官能化、仲醇氧化、2-金刚烷酮制备及2位取代结构研究。

2位甲基取代叔醇

702-98-7

M121786

2-甲基-2-金刚烷醇

≥99%

用于2-甲基-2-金刚烷基酸敏酯、化学放大型光刻单体及脱保护反应研究。

2位乙基取代叔醇

14648-57-8

E121785

2-乙基-2-金刚烷醇

≥98%

用于2-乙基-2-金刚烷基酸敏酯、光刻树脂单体及疏水性调节结构合成。

桥连位酮

700-58-3

A107048

2-金刚烷酮

≥98%

用于羰基亲核加成、还原、肟化、还原胺化及2位含氮衍生物制备。

双官能二醇

5001-18-3

A121783

1,3-金刚烷二醇

≥99%

用于双官能酯、醚、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯合成,以及交联网络构建。

 

表2 金刚烷羧酸、含氮及含硫连接试剂

 

分类

Cas编号

阿拉丁货号

名称

规格或纯度

产品特色与应用

羧酸连接中间体

828-51-3

A107246

1-金刚烷羧酸

≥98%

用于金刚烷基酯、酰胺、活性酯及药物与材料连接结构合成。

延长连接臂羧酸

4942-47-6

A111906

1-金刚烷乙酸

≥98%

用于引入亚甲基羧酸连接臂、酰胺偶联、酯化及分子间距调节研究。

双官能二羧酸

39269-10-8

A151180

1,3-金刚烷二羧酸

≥97%(GC)

用于双向酰胺化、聚酯和聚酰胺构建、配位连接及交联材料研究。

四官能羧酸网络节点

100884-80-8

T302055

1,3,5,7-金刚烷四羧酸

≥98%

用于四向羧基配位、三维连接节点、配位网络及多孔材料构建。

羧酸活化中间体

2094-72-6

A117233

1-金刚烷甲酰氯

≥97%

用于金刚烷羧酸活化、酰胺和酯构建,以及药物片段与聚合物侧基连接。

基础氨基金刚烷

768-94-5

A136871

1-金刚烷胺

Moligand™, ≥98%

用于含氮金刚烷衍生物、酰胺、脲、盐型结构及药物化学研究。

氨基醇双功能中间体

702-82-9

A121784

3-氨基-1-金刚烷醇

≥98%

用于氨基与羟基选择性修饰、含金刚烷药物中间体及双功能分子构建。

异氰酸酯连接试剂

4411-25-0

A151185

异氰酸1-金刚烷酯

≥98%

用于含金刚烷脲、氨基甲酸酯、聚氨酯侧基及生物分子偶联结构合成。

异硫氰酸酯连接试剂

4411-26-1

A170371

异硫氰酸1-金刚烷酯

≥98%

用于含金刚烷硫脲、胺类标记、分子偶联及生物活性衍生物合成。

含硫表面修饰试剂

34301-54-7

A169723

1-金刚烷硫醇

≥95%

用于硫醚构建、巯基加成、金表面修饰及金刚烷主—客体界面组装研究。

 

表3 金刚烷聚合、交联与光刻材料单体

 

分类

Cas编号

阿拉丁货号

名称

规格或纯度

产品特色与应用

单官能丙烯酸酯单体

121601-93-2

A302637

丙烯酸金刚烷-1-基酯 (含稳定剂BHT)

≥99%

用于含金刚烷丙烯酸聚合物、刚性侧链、成膜性能及链段运动研究。

含羟基丙烯酸酯单体

216581-76-9

A151188

1-丙烯酰氧基-3-羟基金刚烷

≥98%(GC)

用于含羟基金刚烷聚合物、极性调节、交联反应及光刻树脂研究。

单官能甲基丙烯酸酯单体

16887-36-8

A404639

甲基丙烯酸1-金刚烷酯 (含稳定剂MEHQ)

≥98%

用于刚性侧链甲基丙烯酸聚合物、玻璃化转变、成膜及低极性材料研究。

含羟基甲基丙烯酸酯单体

115372-36-6

H157098

3-羟基-1-甲基丙烯酰氧基金刚烷

≥98%(GC)

用于含羟基甲基丙烯酸树脂、极性与附着性调节、交联和光刻材料研究。

2位乙基酸敏光刻单体

209982-56-9

E156351

2-乙基-2-甲基丙烯酰氧基金刚烷

≥97%, 含稳定剂

用于化学放大型正性光刻胶、酸催化脱保护、曝光区极性及碱溶性转换研究。

2位甲基酸敏光刻单体

177080-67-0

M158412

2-甲基丙烯酰氧基-2-甲基金刚烷

≥97%(GC), Stabilized with MEHQ

用于193纳米化学放大型光刻胶、酸敏保护单元及显影溶解性转换研究。

双官能丙烯酸酯交联单体

81665-82-9

P953907

1,3-金刚烷二醇二丙烯酸酯

≥95%

用于自由基交联、紫外固化、高交联树脂、网络刚性及耐溶剂性能研究。

双官能甲基丙烯酸酯交联单体

122066-43-7

A735920

金刚烷-1,3-二基双(2-甲基丙烯酸酯)

≥95%

用于甲基丙烯酸交联网络、微交联树脂、尺寸稳定性及功能涂层研究。

 

表4 含金刚烷药物活性分子及主—客体研究材料

 

分类

Cas编号

阿拉丁货号

名称

规格或纯度

产品特色与应用

含金刚烷降糖药活性分子

274901-16-5

V125454

维达列汀 (LAF-237)

Moligand™, ≥99%

用于含金刚烷二肽基肽酶-4抑制剂结构、酶抑制机制及降糖药物分析研究。

金刚烷胺药物盐

665-66-7

A109736

盐酸金刚烷胺

≥99%(T)

用于金刚烷胺盐型、神经系统药理、M2离子通道抑制剂及药物质量分析研究。

含金刚烷维甲酸类活性分子

106685-40-9

A120006

阿达帕林

Moligand™, ≥98%

用于含金刚烷维甲酸类结构、维甲酸受体相关作用、角化调控及药物分析研究。

金刚乙胺类药物盐

1501-84-4

A118559

1-(1-金刚烷基)乙基胺盐酸盐

≥99%

用于金刚乙胺结构、M2离子通道抑制剂、含金刚烷手性胺及抗病毒药物分析研究。

美金刚类药物盐

41100-52-1

M107928

美金刚胺盐酸盐

≥98%

用于氨基取代金刚烷结构、N-甲基-D-天冬氨酸受体通道调节及药物分析研究。

曲金刚胺类药物盐

41544-24-5

T648757

Tromantadine hydrochloride

——

用于含金刚烷酰胺类抗病毒结构、单纯疱疹病毒入侵过程及药物分析研究。

环糊精主—客体主体分子

7585-39-9

C104384

β-环糊精

≥98%

用于金刚烷客体包合、结合平衡、动态交联、超分子水凝胶及递送体系研究。

葫芦脲主—客体主体分子

259886-50-5

C395771

葫芦[7]脲水合物

≥95%

用于金刚烷及其阳离子衍生物的主—客体识别、结合亲和力比较、竞争结合、超分子组装及可逆功能材料研究。

 

         注:以上为阿拉丁代表性科研产品,更多产品规格、级别、COA信息可用“品名/CAS/货号”在阿拉丁官网检索。

 

参考文献

 

[1] National Center for Biotechnology Information. PubChem Compound Summary for CID 9238, Adamantane [EB/OL]. Accessed July 29, 2026.

 

[2] Weigel W. K. III, Dang H. T., Feceu A., Martin D. B. C. Direct radical functionalization methods to access substituted adamantanes and diamondoids. Organic & Biomolecular Chemistry, 2022, 20(1): 10–36. DOI: 10.1039/D1OB01916C.

 

[3] Dane C., Montgomery A. P., Kassiou M. The adamantane scaffold: Beyond a lipophilic moiety. European Journal of Medicinal Chemistry, 2025, 291: 117592. DOI: 10.1016/j.ejmech.2025.117592.

 

[4] Spilovska K., Zemek F., Korabecny J., et al. Adamantane—A lead structure for drugs in clinical practice. Current Medicinal Chemistry, 2016, 23(29): 3245–3266. DOI: 10.2174/0929867323666160525114026.

 

[5] U.S. Food and Drug Administration. NAMENDA XR (memantine hydrochloride) extended-release capsules: Prescribing information. Revised 2019.

 

[6] U.S. Food and Drug Administration. DIFFERIN (adapalene) Gel, 0.3%: Prescribing information. Revised 2022.

 

[7] U.S. Centers for Disease Control and Prevention. Influenza Antiviral Medications: Summary for Clinicians [EB/OL]. Accessed July 29, 2026.

 

[8] Takechi S., Takahashi M., Kotachi A., Nozaki K., Yano E., Hanyu I. Impact of 2-methyl-2-adamantyl group used for 193-nm single-layer resist. Journal of Photopolymer Science and Technology, 1996, 9(3): 475–488. DOI: 10.2494/photopolymer.9.475.

 

[9] Yang Z. H., Zhao J., Cai Y. J., et al. Synthesis of micro-crosslinked adamantane-containing matrix resins designed for deep-UV lithography resists and their application in nanoimprint lithography. Nanoscale, 2024, 16(24): 11651–11662. DOI: 10.1039/D4NR00844H.

 

[10] Zhao L., Sun J., Fang Q. Low dielectric polymers at high frequency with bulky adamantane groups as the linker. Polymer Chemistry, 2024, 15(30): 3063–3070. DOI: 10.1039/D4PY00141A.

 

[11] Loebel C., Rodell C. B., Chen M. H., Burdick J. A. Shear-thinning and self-healing hydrogels as injectable therapeutics and for 3D-printing. Nature Protocols, 2017, 12: 1521–1541. DOI: 10.1038/nprot.2017.053.

 

[12] Yan J., Zhu J., Tong S., Wang Z. A nanoporous organic polymer using 1,3-dibromoadamantane as a crosslinker for adsorption/separation of benzene and cyclohexane. Chemical Communications, 2024, 60(14): 1932–1935. DOI: 10.1039/D3CC05456J.

 

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引用本文

阿拉丁科学.《金刚烷类化合物为何特殊:从刚性笼状结构、选择性官能化到药物化学与功能材料应用》. 阿拉丁知识库,更新于 2026年8月25日。 https://www.aladdin-e.com/zh_cn/faqs/why-are-adamantane-compounds-special.html
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