金刚烷胺的合成

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金刚烷胺的合成
金刚烷胺的合成
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K y rs aa n n, naieatv am d i,tt no i t n e w d:dmat ea at n, -il in n r i, a o o a m d ni r e c e ia o x i d
声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果,尽我所知,在本学位论文中,除了以加标注和致谢的部分外,不包含其他人己经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。

与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。

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研工斗究生、
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硕士论文
金刚烷胺的合成
1文献综述1金刚烷化学的发展 . 1金刚烷最初是由人Lna 捷克a从石油d馏分中分离出来的。

1 1 ro等人采9年P l 4 eg用关环法首次合成了金刚烷。

1 7 S l e报道的环状烃催化9年ce r 5 hy 异构化合成金刚烷的方法为金刚烷的工业化生产奠定了基础。

金刚烷的制备方法[要有关环法、Q主传统三氯化铝异构化法、法和超强酸法出光4种。

关环法是合成金刚烷的最早方法,由于反应复杂、步骤多、收率低,难以实现工业化生产,逐渐被其它方法所取代。

传统三氯化铝异构化法是[1石油加工副产2以- 5的双环戊二(C D为烯D P )原料,先氢化制得四氢二聚环戊二烯,再在无水三氯化铝存在下发生异构化反应制得金刚烷。

该法由于工艺过程简单,原料来源丰富,大大促
进了金刚烷的研究进展。

光法[稀土交换的Y型出6 1是以沸石(E ) R Y上负载P、e t R, C,等金属制备的oN
i沸石为催化剂,将四氢二聚环戊二烯异构化制得金刚烷。

该法具有催化剂用量少,活性高,寿命长,容易再生,产物收率高,分离、提纯容易,不
腐蚀设备等优点,是目工业上生产金刚前烷主要方法。

超强酸法是以H - F, F b3 S
BOOC3-F, 2 3- F等液(SZF)C3 C S HS,体超强3 H0 b酸为催来制得金刚烷。

化剂该法具有高活性、选择性等优点,于液体高但由超强酸具有极强的腐蚀性,前大规模生产且目超强酸的条件还不成熟,
因此这一方法在近期内尚难实现工业化生产。

在金刚烷的制备方法中,传统的三氯化铝异构化法经过不断改进,在一定时期内仍将存在,出光法具有很大的发展潜力,超强酸法则为今后这一领域的研究指明了方向,开发固体超强酸合成金刚烷将具有诱人的前景。

近年来发现它门在航空领域、分子材料领域、高石油加工领域均有重要用途,尤其是在精细化工领域,金刚烷可用来制备高级润滑剂、照相感光材料、表面活性剂、
杀虫剂、催化剂等多种产品,此被誉为下一代精细化工原料。

因国外学者预言,未来将出现一门新的分支学科一一金刚烷化学。

金刚烷的衍生物可作为负氢离子转移催化剂。

将金刚烷的梭基或氨基衍生物与硫
酸制成的复合催化剂用于汽油的烷基化过程,可使烯烃异构化产率提高51在-2%,聚酷、聚醚、聚矾等聚合物的主链或侧链引入金刚烷骨架,可以改善聚合物的性能,提高聚合物的耐热性、抗氧化性、强度、向稳定性、耐光辐射、抗溶剂和抗水解能定力,并能降低聚合物的收缩系数和密度,制得具有特殊功能的高分子新型材料。

如1一金刚烷基或3一基一金刚,二甲l烷基丙烯酸甲5一酷和其它乙烯基单体的共聚物可用作光纤的芯材;由金刚烷制得的1一基一烷一7,二甲金刚5一3,二醇与各种脂肪酸形成的二醋类,具有优异的耐热抗氧化性及低温流动性,可用作飞机引擎的润滑油和工作油。


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金刚烷胺的合成
基金刚烷一狡酸的各种高级醇酷或二乙二醇醋与烷基金刚烷醇的各种脂肪酸酷混合可得到热稳定性、氧化稳定性和低温流动性均好的润滑油。

全氟金刚烷可作为水压机液压油和变压器油。

代金澳刚烷可作抗磨损和烧结添加剂。

- a异丙基金刚烷可用作内燃机车润滑油和炼油使用,卜氯代金刚烷可用作工作油和传动油,烷基金刚烷的二聚体
和聚丁烯混合可用作牵引传动
油;金刚烷和升华染料用于聚酷织物的转移印花,具有很高的给色量。

用含金刚烷的分散液处理织物,可使织物具有耐水性和耐油性;金刚
烷及其前身桥式四氢双环戊二烯可作为升华载体。

加入香料可制备理想的芳香剂,香味持久,途广泛。

烷与用金刚环癸烷等组合,再加入少许极性化合物,可提高保香性能。

加入防虫成分( 1酮、如一香芹里那醇、茵香脑等)可生产织物用防虫剂,加入杀虫剂,除草剂、肥料等可制成多种长效农药和肥料。

金刚烷苯酚重氮化物是一类性能优良的氧化还原剂。

刚乙酞苯胺衍生物作为彩色感光材料使用,金烷具有良好的效果。

随着我国石油化工工业的发展,国内将有更加有丰富的C资源和双环戊二烯,S
金刚烷的开发和利用将为C馏分的综合利用I S开辟一条很好的途径。

前我国而目金刚烷的生产厂家只有东北制药总厂、浙江宁波天洋海运燃料有限公司、浙江金华市迪
尔化学合成有限公司以沪州凯斯特化学工业公司等少数厂家,及产量远远不能满足国
内实际生需要,利用前景广阔9产的开发[ j金刚烷衍生物主要包括一位的溟代金刚烷,金刚烷胺,硝基金刚烷,金刚烷醇等等。

该类衍生物在医药、农药及染料合成中有着广泛的用途,并且己形成了相当大
的规模。

在国内外的制药行业,金刚烷的衍生物产品用量己经达到20吻年。

00金刚
烷系列产品将会成为新一代精细化工原料‘ l O j1金刚 . 1烷的物理性质金刚( a aa简写为A M)种高dmn n,烷A te D是一度对称的笼状烃,学名为三环
[3.“癸烷( . 3.1' .13]见图1所示)分子式Co1于其基本碳素骨架是由1, l6 H。

由三个具有椅式构像特征的环己烷构成的环状四面体,
似于金刚石的一个晶格单元,类因此被称为金刚烷。

金刚烷具有结构高度对称性,同时具有良好的热稳定性、润滑性和亲油性,且无毒无味 .
图1金刚1烷结构
金刚烷为无色易升华的晶体,密 . k.i -键的键角190 CC度17 n3 C 0 g a c C 0.0 -键的5,
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键长为0 5n与金刚 .4 1 m,石的-键CC长极接近,由于金刚烷的特殊的空间结构恰恰是金刚石结构单元的一部分,这种结构的高度对称性使其能够在晶格中紧密堆积,因此

刚烷的结构具有相当的稳定性,熔点0-1 C,达2520但这种结构一旦被打破,熔点将显著降低。

例如,烷基取代生成的非由对称取代产物1甲基金刚一烷熔点只有1℃, 0 4而1乙基金刚烷的熔点只有一5 C。

一2金刚烷良好的亲油性使其可以溶解于烃类溶剂。

金刚烷的另一个显著特征是金刚烷的空间结构,这种由三个椅式构象组成的对称
的笼状结构,赋予了金刚烷特殊的应用前景。

可以设想将这种笼状结构作为特定物质的反应场能够得到所,特定尺寸的反应产物。

烷这种金刚特殊的化学结构和不寻常的特性,使它可以用来合成各种不同金刚烷衍生有些已物。

被应用于新型高聚物,级高润滑油,合成人造血,医药、川化学品及军事等方面,为很有前途的精细化工原农成料[,人们的极大1引起1 1兴趣,对它的从而性质、合成方法及应用进行了大量的研究工作[。

关1于金刚烷及其衍生2 1物的开发应用己有文章报导[ 1 3 1 1金刚 . 3烷的化学性质金刚烷可以看成是三个椅式构象结构的环己烷组成,具有与烷烃一样的化学性质,主要起取代反应。

烷是刚金刚性的多元环体系,种对称性相当高的是一笼型化合物,由于结构的高度对称性,分子骨架的应变能
小,热稳定性高。

以金刚烷具有良所
好的热稳定性、润滑性和亲油性,且无毒无味.金刚烷分子中1,7四,5 -个叔碳原子3,上的氢原子具有较强的化学反应能力,可以生成一系列的取代衍生物,每个新形成的化合物同时具有金刚烷和引进基团的双重性能。

其它的仲碳氢原子在一定条件下也可
以被取代,此可以因形成一系列的取代衍生物。

金刚烷分子中的氢原子可以同时或分别被取代,而且允许引进相同或不同的基团,使得分子的可设计性很强,是一种合成精化产品的极佳原料。

金刚烷分子中1,一,5四个桥头叔碳原子上的氢原子具有较强的3, 7化学反应活易性,被亲核试剂取代,各种取代衍生物,生成显示出叔碳原子反应特性0,样,4同有利于1形成碳正离子的因素也有利于形成自由基。

以金刚烷主要发生叔碳原子上的亲核取所代反应和氧化反应。

1金刚烷发生化学反应时两 . 4种可能的反应机理金刚烷中含有两种碳原子即叔碳原子和仲碳原决定了子,金刚烷化学的反应特性主要通过与这两种碳原子相连的氢原子而体现出来。

桥碳原子上氢的反应活性比单纯的叔碳原子上氢的反应活性低,容易不发生取代反应,原因在于由三个不同空间角度的环结构组成的化合物,而金刚烷高度对称的结构使得桥碳原子与相连的三个原子能够形成独特的半平面结1, p杂化成为可能,从而在一定的条件下可以构1令s 5 1 2发生取
一3-
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代反应。

金刚烷桥碳原子的氢活化取代机理可以运用ST nlE coTnf) E (i e ltn sr Sg-er r e a理论解释“ . ' ST理论J E不同于描述一般亲电取代过程的3中心2电子理论,将3如果中电心2子模型看作是分子球内相互作用的话,E ST模型就是球外氧化过程。

程其过见图1 . 2所示。

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图1 . 2桥碳原子的活化机理对于金刚烷桥碳原子的氢原子取代可以分别用图1 . 3的两个独立过程分别描述,
其中a为亲电取代取代过程,为ST b E氧化过程。

两种过程都能成功解释取代机理,只是因E的不同选择而更适合用于某个过程。

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义u廖N
N=H I C b e H . c u a, O
图1 . 3金刚烷桥碳原子的反应机理
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L S金刚烷及其衍生物的应用1 .在医药 .1 5方面的应用由于
分子结构的高度对称性,金刚烷具有极好的亲油性和低毒性,表现出独特的药理作用。

金刚烷胶己在临床治疗上用作抗病毒药物,可预防A型流感、治疗经
震颤性麻痹症等,我国目前已经能生产金刚烷胶盐酸盐,并在临床治疗上应用.金刚烷肉桂基对二氮己环衍生物有良好的扩张脑血管功能;1-,二基金刚烷、2金刚烷基-拨基葡精胶一乳酸醚、金刚基拨基咪哇衍生物等都具有良一3一好的抗肿瘤作用;全氟金刚烷毒性低,从人体中排出的速度比其它全氟化合物快得多,是合成人造血的理想组
分:1一苯氧基金刚一烷基一氨基酸类可用于减肥药物;金刚酮肪酷用于消炎药物的研究也取得了大的突破。

由于金刚烷及由氢化双环戊二烯向金刚烷转化过程的中间产物内一MN都具有T升华性和低毒性能,可以把它和其它药物混合,用于携带其它药物。

如制造出理想的空气清爽剂,其香味持久;也可用于升华防锈剂、升华防霉剂、升华印染剂、升华纤
维整理剂以及农业用的长效杀虫剂、肥料、长效长效除锈剂等。

,6 2,三甲4 -基金刚烷、二聚烷基金刚烷和聚丁烯的混合物、基一3环己1一基金刚烷等可用作内,二甲燃机牵引系统的润滑油。

全氟金刚烷可作水压机液压油和变压器油,澳代金刚烷可作抗磨损和抗腐蚀添加剂。

在烷基汽油的生产中,如果用氨基烷化金刚烷作助催化剂,烯烃的标准异构化率可提高5'%e^1 0 1. .2在高分子5化合物中的应用金刚其各种低分子衍生物的基团还可以接到聚酷、烷及聚碳酸酷、聚酸胺、聚酞亚胺、聚氯酷。

聚矾、聚磺酸盐、乙烯高聚物、环氧树脂等高分子化合物的主链或侧
链上,形成新型的、性能优异的高分子化物,金刚如把烷基引进丙烯酸醋或甲基丙烯酸醋类高分子化合物中,可制成具有优良光学特性的化合物,可用于有机玻璃的涂料、光学纤维、感光材料或增感剂等,其特点是透明、耐热、抗氧化、耐化学品和有机溶剂的腐蚀,玻璃转化点高,脱模后收缩率低,坚韧耐用。

为更高层次、具有高附加值的塑料光学材料的开发提供了条件。

1.金刚烷在电 .3 5子材料方面的应用金刚烷在电子材料方面的应用中,不是做为绝缘体而是做为导电性聚合物来应用
的。

如金刚炔可望作为烷乙半导体和记录材料,刚烷基苯井恶哇的预聚物在电金极上聚合为导电聚合物包膜,可以防止电极的电性的化学腐蚀,以提高电极的寿命。

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此外,许多金刚烷衍生物属高能量高密度物质( D M) H E,国外预言,金刚烷化学极有可能改变高能量高密度材料的生产方法,为航天和航空领域的发展做出惊人贡献。

随着金刚烷化学的发展,它的优异的理化性能以及各种金刚烷材料的开发和应
用,越来越引起领域人士的重视,随着科研工作深入和合成工艺进一步改进, .金刚烷作为新一代精细化工基础原料必将为人类做出巨大的贡献。

而金刚烷化学也将象苯化学那样在有机化学中占有重要的篇章。

L‘金刚烷胺的概述
1. .1金刚烷胺的历史由6来
金刚烷胺是美国批准的第一种抗病毒药,94 ' ai首先发16年〔Dv] 7 s现其抗病毒作用,并相继载入英国药典、美国药典、日药典和中国药典。

本国内于17年开始生产。

91
金刚烷胺具有抗病毒的性质。

口给药用以治疗和经服预防甲型流感和治疗帕金森神经障碍,也可用于治疗带状疙疹和带状疙疹后的神经痛。

目前,金刚烷胺己泛应用于广抗流感,并被认为金刚烷胺在起病4 h 8内给药能够减轻A型流感病毒的症状。

在国外,金刚烷胺用于预防和治疗流感,主要剂型为单方片剂和胶囊剂;于治用疗帕金森神经障碍症的除单方片剂和胶囊剂外,还有硫酸金刚烷胺输液。

国内单方金
刚烷胺片剂和胶囊剂主要用于帕金森氏症i 0有h 2,占相当大的市[-1 s场份额。

1. . 6 2金刚烷胺的生产现状①原料药生产厂家的变化a n我国的金刚烷胺是17年首先由东北制药总厂开发上市的。

93 91 19年浙江迪耳药业有限公司(金华第二制药厂)获得金刚烷胺生产批文号,产品投产并上市。

浙江康裕药业19年投产金刚烷胺,00
98 20年获得金刚烷胺的生产批文号。

国金刚烷胺的产量我
在1 21 5在3-吨9 - 9年间4 0左右,9 9 4没有太大变化。

随着19, 95 1 9%年含金刚烷胺的复方制剂陆续上市并迅速打开市金刚烷胺原料药的产量也迅速场,增长,9由1%年的4 8吨增加到1
9 26 20年达到2吨以上( 9年的2吨,00 9 30见表1所列) . 1。

②金刚烷胺原料药的市场结构长期以感冒扰人们的最常见的疾病之一,来,是困也是世界上最著名的不治之症之一。

到目前为止,人类还无法完全阻止感冒的发病和传
染。

在各种疾病中,感冒是最常见的多发病。

与此对应的是,冒药的服用者也最多,感他们构成了规模巨大的感
冒市场。

药感冒药市场是中国T药品O C竞争最为激烈的领域。

据统计,03 20年中国OC T药品消费总额约30元,0亿而感冒药占5的份额,年消费额约4亿元,而且近1% 0年增长速度在2%以上。

0诱人的市场空间吸引众多医药企业纷纷涉足,争抢市场蛋糕。

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目前我国00 60多家制药企业中,0多家在生有10 0产不同种类的感冒激烈的市场竞药,争使各感冒药生产企业在广告方面不惜投入重金,促销手段也多种多样,被消费者所熟知的感冒药品种至少有二三十种。

但调查显示,据着感冒占药市场绝大部分份额的只是感康、泰诺、夜百服泞、新日康泰克、白等几加黑个品牌,而且这几个品牌的销量以较大的优势领先于其它品牌。

国内烷胺原金刚料药主要用于复方抗感冒制剂,总量的7,由约占7%于供应出口量统计不全,实际出口量约3吨。

0金刚烷胺单方制剂产量较稳定,年消耗金刚烷胺原料1吨左右。

金刚烷胺兽用药市场呈逐年增长趋势( 0见表1所列) . 2。

③金刚烷胺制剂产品的生产情况a抗感冒复方制剂
由康泰克、得等含PA 于受康P抗感冒产品退出市场的影响,含金刚烷胺的抗感冒药在20年生产规模基础上将继续有较大的增长。

20年总产量达2-亿粒左右,00 01 05 2
消耗金刚烷胺原料20 5吨( 0- 0见表1所列) 2 . 3 .除此以,外较有影响力的含金刚烷胺复方抗感冒药还有:京双鹤的扑感灵、陕北西白鹿药业的感克、四川蜀中药业的盖克、湖北宜药集团的感力克、四川圣科药业的轻克等。

这些企业的年产量在10万到1不等。

00亿粒
b单方制剂18- 9 年间各地方批准的金刚烷胺单方制剂生产企业达3余家,剂型包括冲991 6 9 0
剂、糖浆剂、胶囊剂和片剂。

目前,这些企业的金刚烷胺制剂产品大部分都已停产,只有北京制药厂、北京生物化学制药厂、北京威格尔药业有限公司、海利生上制药厂等仍有产品销售。

1. . 6 3金刚烷胺产品的市场前景①含金刚烷胺的复方抗感染制剂稳定增长目前,刚烷胺的复方抗感冒制剂有近十种,含金但只有快克和感康成为有影响力
的品牌产品。

20年春季的流感高由于00峰和20年
1月含P药物被禁止使用,00 1 PA使用这类制剂产品00销售和生产大在20年的幅增长。

药类抗感冒受中制剂强劲势头和抗流感疫苗的推广的影响,后以这类复方制剂将出现稳定小幅增长的成熟趋势,预计增长速度将低于我国药品市场1%的增长速度。

2②金刚烷胺单方制剂市场增长空间不大金刚烷胺单方制剂主要用于帕金森神经障碍症。

金刚烷胺对抗震颤麻痹有确切疗
效,被列入国已家基本医疗保险目录的乙类。

于副作用但由较大,主要用于重症治疗,而且多巴胺及其复方制剂不断开发,近年来金刚烷胺单方制剂增长缓慢。

③金刚烷胺兽药迅速增长。

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由于很多科研院所及企业正积极开发金刚烷胺兽用制剂,如水溶性金刚烷胺等,因此兽用药市场虽然较小,但却呈现快速增长的势头。

④金刚烷胺原料药出口一直保持平稳的数量,预计将来也不会有
大幅增长。

⑤金刚烷胺原料药由于受以上因素制约,00在20年全国产销量增长到30 2吨左右,以后进入到平稳的增长期。

表1 . 1金刚烷胺的历年产量及供应出口量19 19 1 9 99 2 0 2 0 2 0 9 6 9 7 9 8 1 9 0 0 0 1 0 51 4 0 1 1 4 2 3 0 26 2 5 0 6 5 0 0
供应出口量h 1. 3 6
1 . 85
1 . 1 7 55 6.
1 5
表1金刚烷胺原料药产品市场结构 . 2市场方向市场规模// t所占份额/%
复方制剂10 7
出口
兽药
单方制剂
7 .6 .4 72% 1 6% 3
45% .5
4.5 5%
表1 . 3几种含金刚烷胺的复方制感冒药生产企业药品商品名主要成分及含量19年规模99 20年00 2 1年( 00预计)
海南亚洲药业吉林感康药业吉林通化茂祥药业福建万源有限公司
快克感康泰克新速效感冒丸
盐酸金刚烷胺1 m, 0 g对乙0酞氨基酚
5亿粒3亿粒 . 3 11亿粒-. 2
6亿粒- 7 5亿粒- 6 2亿粒左右
1亿粒0 1亿粒0
盐酸金刚烷胺1 m, 0 g人工0牛黄,咖啡因盐酸金刚烷胺1 m, 0 g对乙0酞氨基酚
盐酸金刚烷胺1 m, 0 g牛黄,0对乙酞氨基酚,咖啡
因,扑尔敏
1亿粒左右
1. .4金刚烷胺系列产品的发展建议6
①金刚烷胺的制剂企业应积极开拓国外市场,以寻求更广阔的发展空间。

特别是要
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金刚烷胺的合成
积极开拓东南亚易爆发甲型流感的地区,如在香港,金刚烷胺制剂曾被官方指定用于预防和治疗甲型流感;在日本金刚烷胺制剂被列入公费医疗药品目录。

②金刚乙胺由于相对金刚烷胺具有毒性低,疗效更高的特点。

在欧美发达国家己广泛被开发为替代金刚烷胺的新型抗流感病毒药物,有逐渐取代金刚烷胺之势。

东北制药总厂和康裕药业都有金刚乙胺原料出口,两家企业的金刚乙胺原料药和制剂产品国
内批文正在申报中。

可预见不久的将来金刚乙胺原料和复方制剂的开发会出现一个新高潮。

1 . 7金刚烷胺的合成方法1 .金刚烷胺 .1 7及其中间体已有的合成路线1
2 24 21 -实验路线示意图如下:(如图1-. .- 8 41所示) 乙二”沙了二丫1坟c 0
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金刚烷胺的合成
图1 8
上述合成路线中,1所示方法中所用原料通常是通过过量的澳制备的不仅澳图 . 4价格较贵,腐蚀澳的性也较强而且难以回收污染严重,但却是目前主要的工业化生产技术;路线图1反应要 . 5求条件很温和,但转化率不高,在室温条件下只有近5% 0.但固体酸在硝化过程中可以回收减少污染,有优化工艺的价值;路线图1 . 6催化剂易于回收,化率并不高,但转只有近4%但产物很纯净;0.路线1虽 .然较为符合绿色化7学要求,应条件但反较为苛刻,难以实现工业化。

路线图1中 .用到乙8睛,在酸性条件下,有可能生成剧毒的氢氰酸,而且反应过程是三步反应,利于环境,不也不利于反应产率的提高。

也试过用乙酸醉硝酸硝化生成硝基金刚烷,硝酸钠硫酸硝化生成
硝基金刚烷[, 2发烟硫酸磺化生成金刚烷醇[磺酸型树脂硝酸硝化[等,结果都7 1 2 8 1 2 9 1不很理想甚至不反应。

1. . 7 2其他的合成金刚烷相关衍生物的方法:金刚烷和尿素
在H 0 -C H溶液中可以生成脉基金刚烷。

(图1所示) N3 O A 如 . 9。

4 J -- J H0HA乙尹N3OC -板了图1 . 9
I C(2 _大NH介IOH2仁刃O/ N) H2 C N川一别
金刚烷和乙睛在硝酸存在下,用环己烷作溶剂,也可生N (金刚烷基)乙成- 1一酞胺。

(如图1 0 .所示) 1。

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金刚烷胺的合成
氧化反臭氧对应中,环烷或多环烷能发生选择性氧化,通常氧化叔碳氢,特别是
桥头氢,这是近年来发现的重要方法,此方法选择性较高[如图11 3 0 1( .所示) 1。

利用臭饱和烃氧氧化使其生成醇是一种简单而直接。

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