Ｖ０１．３２Ｎｏ．１２
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化工新型材料ＮＥＷＣＨＥＭＩＣＡＬＭＡＴＥＲＩＡＬＳ第３２卷第１２期
２００４年１２月
金刚烷的应用开发
高治苏晓明王艳井新利
（西安交通大学，西安７１００４９）
摘要综述了近年来金刚烷化学领域的研究进展，讨论了其在合成及改性高聚物方面的应用。
关键词金刚烷，气体分离，树枝形高分子
Ｒｅｓｅａｒｃｈ
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ｏｎ
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ｏｆ
ａｄａｍａｎｔａｎｅ
ＧａｏＺｈｉＳｕＸｉａｏｍｉｎｇＷａｎｇＹａｎＪｉｎｇＸｉｎｌｉ
（ｘｉ’ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４９）
ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｆｕｌｌｙｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｆｔｈｅａｄ锄ａｎｔａｎｅａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｓｉｒｓ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓａｄ锄ａｎｔａｎｅ，ｇａｓｓｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｄｅｎｄｒｉｔｉｃｐ０１ｙｍｅｒ
１概述
金刚烷（ａｄａｍａｎｔａｎｅ，简写为ＡＤＭ）是一种高度
对称的笼状烃，分子式Ｃ－。Ｈ№由于其基本炭素骨
架是由三个具有椅式构像特征的环己烷构成的环状
四面体，类似于金刚石的一个晶格单元，因此被称为
金刚烷。金刚烷为无色易升华的晶体，密度１．０７
奴／ｄｍ３。ＤＣ键的键角１０９．５。，ＧＣ键的键长为ｏ．１５４ｎｍ，与金刚石的Ｃ＿Ｃ键长极接近。金刚烷具有结构高度对称性，使其能够在晶格中紧密堆积，因此金刚烷的结构具有相当的稳定性，熔点达到２０５～２１０℃。同时金刚烷还具有润滑性和亲油性，且无毒无味。金刚烷分子中１，３，５，７四个叔碳原子上的氢原子具有较强的化学反应能力，在一定条件下可以活化而生成一系列取代衍生物，新形成的化合物同时具有金刚烷和引进基团的双重性能。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，成为一种合成精化产品的极佳原料。２金刚烷的应用２．１金刚烷改性的气体分离膜材料传统的气体分离膜材料很难做到通过聚合物结构的调整来实现气体渗透性和气体选择性的共同提高，气体选择性和气体渗透性呈反比［１’芦。因此通常设计改善气体分离膜材料应遵循以下两个原则［２］：（１）增加聚合物的自由体积（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌｆｒｅｅｖｏｌ—ｕｍｅ，ＦＦＶ）以提高气体渗透性；（２）阻碍聚合物链的旋转和弯曲流动性，以提高气体的选择性。
通常弯曲流动性可通过在主链上引入大的刚性
基团（如芳香性基团）、或者限制重复单元中柔性链
节的数目来进一步削弱。旋转流动性则可通过增大
沿旋转轴线上分子的不对称性得以抑制。
Ｐｉｘｔｏｎ［３］制备了２，２一（４一苯酚）金刚烷和１，３一（４一
苯酚）金刚烷分别与４一氟苯砜的共聚物膜（分子式
如图１所示），这种聚合物中，金刚烷基团庞大的体
积不利于链段紧密的堆积，使自由体积分数提高；而
且由于金刚烷基团与长而扁平的砜基交替出现，导
致了在链段旋转轴线上分子的不对称性，从而可以
同时提高膜的气体选择性和渗透性。实验表明，这
两种膜比纯双酚Ａ－聚砜膜具有更高的气体渗透性，
同时比部分的双酚Ａ一聚砜膜材料具有更好的气体
选择性。其中，２，２一（４一苯酚）金刚烷聚砜对氧气有更
作者简介：高治（１９７７一），男，硕士研究生，主要从事金刚烷及超支化聚合物的研究。
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第１２期
高治等：金刚烷的应用开发
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好渗透性，而１，３一（４一苯酚）金刚烷聚砜有更高的玻璃化转变温度。图１以金刚烷为主链的气体分离膜材料的重复单元２．２用金刚烷改性的纳米级有机一无机聚合物纳米级复合的有机一无机聚合物具有许多独特的性质，如高的气体阻碍性［４］、耐燃性、透明性［５］和抗溶剂性［６］。通常运用硅胶作为无机取代基团与高分子共混合成，其主要的方法有：（１）利用共价键联系有机高分子和无机相［７３；（２）通过物理的相互作用而结合如：氢键、芳香性和离子吸引；（３）将有机单体和硅胶一同合成，使其成为互贯的网络‘８｜。由于环糊精由一系列包含有６～８个葡萄糖单元的低聚糖构成，其外部是大量的亲水性的羟基基团，而内部则是由憎水性的脂肪族单元构成的。因此，环糊精可以使憎水性化合物溶解于水性溶剂中。同时，金刚烷可以与环糊精形成稳定的络合物，这就为新的聚合物分子设计提供了可能。ＴｏｍｏｋｉＯｇ—ｏｓｈｉ利用环糊精作为兼容物，利用金刚烷改型聚合物，可以将有机聚合物分散于硅胶之中，从而形成纳米级复合的有机一无机聚合物［９］。在反应中，环糊精作为寄主化合物，金刚烷基团作为客体化合物单元，通过其与寄主化合物的络合使得聚合物成功分散在硅胶之中，尺寸可以达到纳米级。２．３热稳定性的金刚烷聚合物在经过对金刚烷基团改陛聚合物耐热性的研究，ｍｃｌｌｉｌｂａｌｄ等口ｏ］利用热聚合法，在钯的催化下，合成了新型的金刚烷乙炔取代的芳香族聚合物。这种聚合物具有很强的耐湿性和很好的热氧化稳定性。在热聚合过程中有可能产生金刚烷二乙炔的低聚物，这种低聚物可以与金刚烷乙炔共聚生成具有高耐热性的聚合物。２．４含有金刚烷基团的新型光电材料ＰＰＶ（Ｐ０１ｙ（ｐ—ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ））衍生物由于其优良的加工性能和热性能使其成为重要的光电材料［１１｜。但是这类材料也有显著的缺点，如：光致发光量子效率很低，耐候性能不好等。Ｌｅｅ等［１２］将金
刚烷基团引ＰＰＶ侧链，利用金刚烷庞大的立体效应
阻止了分子链间的相互作用，避免了发色团的相互
堆砌［１３｜，使得新型ＰＰＶ材料的光致发光辐射强度
显著提高，同时由于金刚烷侧基的良好溶解性，使得
聚合物溶解性能得以改善。合成过程如图２所示：
Ｈ
图２
以金刚烷为侧链的新型光电材料的合成过程
２．５以金刚烷为核的树枝状聚合物
金刚烷所具有的独特的空间立体结构使得当以
其作为树枝形聚合物的核心时可以构建四面延伸的
支化单元，所形成的分子空腔具有更大的空间。Ｎｅ—
ｗｋｏｍｅ等人［１４’１５］利用三丙酸酯一乙胺作为扩散中
心核，使用扩散合成法［１６｜，成功合成了具有３６个酯
基活性点的第二代树枝形聚酰胺。
３结语
在过去的几十年间，金刚烷化学研究有了长足
的发展，它的许多独特的物理和化学性能使其在很
多领域都能得以应用，文中所提及的只是一部分，更
多的还体现在应用于医药领域（如生产人造血浆、
药物携带）、应用于高级润滑油和农用化学品的生
产，可以这样形容，金刚烷衍生物已经在不知不觉中
渗透到我们日常生活里。金刚烷及其衍生物的应用
还将随着研究的进一步深化而更加广泛，相信在不
远的将来，必将对我们的科学和生活产生更为深远
的影响。
（因篇幅所限，删去数图。如读者有兴趣，请按
所附参考文献查阅——编者）
参考文献
［１］ＭｃＨａｔｔｉｅＪｓ，ＫｏｒｏｓｗＪ，ＰａｕｌＤＲ［Ｊ］．Ｐ１０ｙｎｌｏｌ‘，１９９１，
３２：８４０
［２］ＭｃＨａｔｔｉｅＪＳ，ＫｏｒｏｓｗＪ，ＰａｕｌＤＲ．［Ｊ］．Ｐｌｏｙｍｏｒ，１９９２，
３３：１７０１
（下转第３９页）
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