简介

       金刚烷是一种化学式为C10H16的有机化合物，更确切地说，化学式为(CH)4(CH2)6。金刚烷分子可以描述为三个环己烷环的融合。这种分子既坚硬又无应力。金刚烷是C10H16最稳定的异构体。金刚烷分子中碳原子的空间排列与金刚石晶体中的相同，这种相似性导致了金刚烷这个名字的来源(希腊语Adamantinos，钢或钻石)。它是一种白色固体，带有一种类似樟脑的气味。它是最简单的金刚石样分子。

      1933年，金刚烷在石油中的发现开启了一个新的化学领域，致力于多面体有机化合物的合成和性质。金刚烷衍生物在药物、高分子材料和热稳定润滑剂等方面都有实际应用。

历史与化学合成

       1924 年，H. Decker 提出了金刚烷的存在，他称之为十萜烯。

       1924 年，德国化学家Hans Meerwein使用甲醛与丙二酸二乙酯在哌啶存在下的反应进行了第一次尝试的实验室合成。Meerwein最终得到2,6-双环壬二酮-1,3,5,7-四甲酯{1,3,5,7-tetracarbomethoxybicyclo[3.3.1]nonane-2,6-dione}这种化合物，而不是金刚烷。后来它命名为Meerwein酯，用于合成金刚烷及其衍生物。D. Bottger试图使用Meerwein酯作为前体来获得金刚烷。 产物三环-[3.3.1.1-3,7]不是金刚烷，而是衍生物。其他研究人员试图用间苯三酚和环己酮衍生物合成金刚烷，但也失败了。

        金刚烷于1941年由Vladimir Prelog从Meerwein酯中首次合成。五阶段工艺的收率为0.16%，这是不切实际的(在下图中进行了简化)。 该方法用于合成金刚烷的某些衍生物。

        Prelog法在1956年进行了改进。通过添加Heinsdecker途径(11%)和Hoffman反应(24%)将总产率提高到6.5%，从而提高了脱羧产率。然而，这个过程仍然过于复杂。

       1957年，Paul von Ragué Schleyer发现了一种更方便的方法：首先在催化剂(例如二氧化铂)存在下将双环戊二烯氢化，然后使用路易斯酸(例如氯化铝)将其转化为金刚烷。这种方法将收率提高到30-40%，并提供了廉价的金刚烷来源。

       实际上，Paul von Ragué Schleyer在试图用氯化铝做催化剂将内型的氢化二聚环戊二烯加热转化成外型异构体的实验时无意中发现产物中含有大约10%的金刚烷副产物。然后，通过优化条件提高了金刚烷的产率。于是只要从廉价的石化产品环戊二烯二聚体两步即可制得金刚烷。

       如今，通过超声波和超酸催化剂，金刚烷的合成收率后来提高到60%和98%。 结果就是，金刚烷是一种经济实惠的化合物，每克成本约为1美元。

自然界的金刚烷

       金刚烷首先由捷克化学家S. Landa、V. Machacek和M. Mzourek从石油中分离出来。他们以石油为基础的分馏，只能产生几毫克的金刚烷，但注意到它的高沸点和熔点。 由于其结构与金刚石相似，这种新化合物被命名为金刚烷。

       石油仍然是金刚烷的来源； 根据油田的不同，含量在0.0001%和0.03%之间变化，对于商业生产来说太低了。

       石油中含有三十多种金刚烷衍生物。由于它们的高熔点和与水蒸气一起蒸馏并与硫脲形成稳定加合物的能力，它们可以从复杂的烃混合物中分离出来。

金刚烷结构类似物

       许多分子和离子采用金刚烷笼状结构。 其中包括三氧化二磷P4O6、三氧化二砷As4O6、五氧化二磷P4O10、五硫化二磷P4S10和六亚甲基四胺(乌洛托品)C6N4H12。臭名昭著的四亚甲基二磺胺四胺，是一种在大多数国家被禁止的灭鼠剂，对人类具有极大的毒性。 金刚烷的硅类似物硅金刚烷于2005年合成。河豚毒素(Tetrodotoxin)是一种钠离子通道阻滞剂。它通过与神经细胞膜上的电压门控钠离子通道结合，阻断钠离子(负责动作电位上升阶段)进入神经元，从而抑制神经元动作电位的激发。这会阻止神经系统传递信息，从而阻止肌肉对神经刺激做出收缩反应。阿森尼辛A(Arsenicin A)是一种天然存在的有机砷类似物，从新喀里多尼亚海绵Echinochalina bargibanti中分离出来，是第一个已知的多砷有机化合物。