引言:
金刚烷一直以来都引发了科学界的浓厚兴趣。其独特的结构和作用机理，使得金刚烷在化学、生物学领域备受关注。本文将深入探讨金刚烷的机制解释，揭示其在不同领域中的作用原理和潜在应用。通过系统性的分析和解读，我们将探究金刚烷的机制，为读者呈现一个全面而深入的视角。
1. 金刚烷简介
金刚烷（Adamantane，简写为ADH）是烃类家族中发现较晚的成员之一，1932 年捷克化学家Landa等人首先从南摩拉维油田的石油馏份中分离出了少量的金刚烷 （0.0004%），并于次年利用X-射线衍射技术证实了其结构。金刚烷是由16个氢原子和10个碳原子构成的一个周正对称、高度稳定的笼状烃，具有类似于金刚石晶格的碳骨架结构。其结构如下：
金刚烷CAS号为281-23-2，具有独特的理化性质，其水溶性较差，但脂溶性较好，具有良好的亲脂性，可以微溶于苯，无味，容易升华。金刚烷特有的理化性质，使其广泛应用于具有某些特殊疗效的药物，药理作用表现为抗病毒、抗抑郁、抗肿瘤等。
2. 金刚烷是如何制成的？
自20世纪30年代发现金刚烷以来，金刚烷的合成技术研发就成为国内外学术界和产业界的热点。到目前为止，国内外报道或成功应用的金刚烷合成技术可归纳为关环合成路线、三氯化铝催化合成路线、分子筛催化合成路线、超强酸催化合成路线以及离子液体催化合成路线等五种。
（1）关环合成路线
关环法是人类首次用于合成金刚烷的方法。该方法以二甲基丙二酸盐浓缩液和甲醛为原料，缩合得到Meerwein酯中间体，再以Meerwein酯为原料合成得到金刚烷。此路线反应步骤多、金刚烷收率低，无法满足工业化生产。
（2） 三氯化铝催化合成路线
1956年美国化学家Shleyer在JACS上报道了一种合成金刚烷的简便方法。该方法以双环戊二烯为原料，以三氯化铝为催化剂，通过氢化、异构化两步反应制备金刚烷，开创了合成金刚烷的新路线。Shleyer的三氯化铝法虽然解决了关环法合成金刚烷的复杂性问题，但收率依然低，因此，后来国内外科学家围绕提高三氯化铝法的收率开展大量研究，相继开发出多种改进型三氯化铝法。改进型三氯化铝法的主要思想是在三氯化铝催化剂中添加助催化剂，将一元三氯化铝催化剂发展成二元或多元催化剂，通过三氯化铝和助催化剂的协同催化，提高催化剂的选择性，达到提升金刚烷合成收率的目的。目前报道的助催化剂种类主要有无机化合物和有机化合物两种。三氯化铝法合成金刚烷路线具有反应流程短、金刚烷收率高、生产成本低的优点，是迄今为止国内外普遍采用的金刚烷生产工艺。但该生产技术存在腐蚀设备、污染环境等缺点，需要在金刚烷产业发展过程中加以解决。
（3）分子筛催化合成路线
分子筛具有高吸附性和高选择性，是石油化工领域重要的催化剂之一。国内外有关以分子筛替代三氯化铝作为催化剂合成金刚烷的研究报道较多，但大多数是实验室研究，目前只有日本出光兴产公司开发的分子筛法合成金刚烷路线实现了工业化应用。
（4）超强酸催化合成路线
同分子筛一样，作为一种新型催化剂，超强酸在工业催化领域有重要地位。以超强酸替代三氯化铝作为异构化催化剂合成金刚烷，也是国内外研究的热点。虽然超强酸催化合成路线具有活性高、选择性好等优点，目前仍处于小试研究阶段，同时由于该路线对生产设备的材质要求高，推广应用前景不明朗。
（5）离子液体催化合成路线
离子液体是一种在室温条件下呈现液态而且完全由阴离子和阳离子组成的盐，被看作是在化学合成中代替有机溶剂的一种绿色溶剂。将离子液体与过渡金属催化剂复合，形成双功能催化体系，已在有机合成反应中取得了良好的应用。因此，国内外学者开展了以离子液体双功能催化剂替代三氯化铝合成金刚烷的研究。如顾彦龙等以双环戊二烯为原料，用一种离子液体双功能过渡金属催化剂成功合成了金刚烷。离子液体法是一种环境友好的绿色金刚烷合成技术，但由于该合成路线复杂程度高，距离实现工业化应用的目标还很遥远。
3. 了解金刚烷的结构和性质
3.1分子结构
通过电子衍射和x射线晶体学推断，金刚烷分子具有Td对称性。碳碳键长为1.54 ?，与金刚石的键长几乎相同。碳氢距离是1.112 ?。在室温条件下，金刚烷结晶为面心立方结构(空间群Fm3m， a = 9.426±0.008 ?，单位胞中有4个分子)，其中含有定向无序的金刚烷分子。当冷却至208 K或加压至0.5 GPa以上时，该结构转变为有序、原始的四边形相(a = 6.641 ?， c = 8.875 ?)，每个细胞有两个分子。这个相变是一级的;它伴随着热容量、弹性和其他性质的异常。特别地，金刚烷分子在立方相中自由旋转，而在四方相中被冻结;密度从1.08 g/cm3逐步增大到1.18 g/cm3，熵变化显著，达到1594 J/(mol·K)。
3.2理化性质
纯金刚烷是一种无色结晶固体，具有特有的樟脑气味。它几乎不溶于水，但极易溶于非极性有机溶剂。金刚烷的熔点对于碳氢化合物来说异常高。在270℃时，其熔点远高于其他具有相同分子量的碳氢化合物，如莰烯(45℃)、柠檬烯(- 74℃)、辛烯(50℃)、萜烯(60℃)或扭烷(164℃)，也远高于线性C10H22烃类癸烷(- 28℃)。然而，金刚烷即使在室温下也会缓慢升华。金刚烷可以用水蒸气蒸馏。
4. 金刚烷的作用机理
4.1药理作用机制
金刚烷的作用机制，特别是在抗病毒和神经应用的药理学背景下，是多方面的。在抗病毒治疗中，金刚烷衍生物如金刚烷胺主要通过抑制甲型流感病毒的M2蛋白离子通道起作用。这种抑制破坏了病毒向宿主细胞释放其遗传物质的能力，有效地阻止了病毒的复制。值得注意的是，M2蛋白促进了病毒内部的酸化，这是病毒复制的关键步骤，金刚烷胺对这一过程的干扰使病毒无法在宿主内传播。然而，值得注意的是，由于当代甲型流感毒株的广泛耐药性，金刚烷衍生物(如金刚烷胺)的临床疗效已经下降。
4.2生物活性
金刚烷还具有显著的生物活性，特别是在神经学领域。例如，金刚烷胺因其n -甲基- d -天冬氨酸(NMDA)受体拮抗剂活性而被认可。金刚烷胺通过阻断这些受体，调节谷氨酸神经传递，发挥神经保护作用，并在帕金森病和某些药物引起的锥体外系症状等疾病中提供症状缓解。此外，金刚烷衍生物已被证明具有增强多巴胺能神经传递的功效，进一步有助于其在帕金森病管理中的治疗效用。金刚烷与儿茶酚胺-O-甲基转移酶(COMT)抑制剂，如恩他卡朋/托卡朋，具有协同作用。这些药物与L-多巴联用可阻止其降解，提高L-多巴在脑内的利用率，有助于剂末恶化的控制。
5. 金刚烷核磁共振
金刚烷是一种三环化合物，分子式为 C10H16，它有三个碳环和六个氢原子。金刚烷的核磁共振谱是指在液态金刚烷中，原子核的磁矩在磁场中受到外磁场的作用而发生的共振跃迁现象。
在金刚烷的核磁共振谱中，可以观察到几个不同的信号，对应于分子内不同的氢原子。金刚烷有一个对称的结构，由三个融合的环己烷环组成，每个环己烷环含有两种不同类型的氢原子:桥头堡氢和环氢。
在核磁共振光谱中，桥头堡氢由于其独特的化学环境，通常在较高的化学位移下表现为单线态峰。在标准质子核磁共振光谱的化学位移尺度上，这个单线峰通常在1- 2ppm(百万分之一)左右被观察到。
另一方面，环上的氢，根据它们在环己烷环上的位置，所经历的化学环境略有不同。因此，它们在光谱中产生多个峰。在金刚烷中，环氢通常在0.5和2ppm之间的区域出现多重或宽峰。
6. 金刚烷的应用和用途
6.1医药应用
目前已知的所有医学应用都不是纯金刚烷，而是其衍生物。金刚烷衍生物第一次作为药物使用是金刚烷胺——首先(1967年)作为抗多种流感病毒的抗病毒药物，然后用于治疗帕金森氏病。金刚烷衍生物中的其他药物包括阿达帕烯、阿达丙胺、溴曼烷、金刚烷、氯丹烷、多巴胺、美金刚、金刚乙胺、沙格列汀、曲金刚乙胺和维格列汀。金刚烷聚合物已被申请专利，作为抗HIV病毒的抗病毒药物。
流感病毒毒株已经对金刚烷胺和金刚乙胺产生了耐药性，截至2016年，这两种毒株对流行的毒株无效。
6.2 新材料
金刚烷结构中的氢原子具有较高反应活性，将金刚烷作为一种基团引入到高分子材料骨架中，实现对高分子材料的改性，能获得性能优良的金刚烷基高分子新材料，如感光材料、光硬化型聚合物、光纤维材料和电子材料等。金刚烷基高分子材料具有透明、高氧化稳定性、高耐热性和高抗氧化性等特点，在新材料领域应用前景广阔。
6.2潜在的技术应用
金刚烷的一些烷基衍生物已被用作液压系统的工作液。金刚烷基聚合物可能用于触摸屏涂层，并且在纳米技术中使用金刚烷及其同系物具有前景。例如，金刚烷固体的软笼状结构允许加入客体分子，客体分子可以在破坏基质后释放到人体内。金刚烷可以作为分子晶体自组装的分子构件
7. 金刚烷的来源有哪些？
（1）天然来源
金刚烷是一种主要以其抗病毒和神经特性而闻名的有机化合物，其天然来源有限，主要通过化学过程合成。虽然金刚烷不容易在自然界中找到，但它的前体金刚烷自然存在于某些石油沉积物和煤焦油中。然而，工业规模的金刚烷生产涉及合成路线，通常从现成的起始材料开始。
（2）商业可得性
在商业上，金刚烷的可得性也非常广泛。许多公司都生产和销售金刚烷，包括化学公司、石油公司和其他相关行业的公司。这些公司通常会根据客户的需求和用途来提供不同规格和质量的金刚烷产品。此外，由于金刚烷在许多领域都有广泛的应用，因此它的市场需求也非常大，这也促进了金刚烷的商业可得性。
8. 结语
了解金刚烷是如何起作用的，特别是它作为抗病毒药物和神经传递调节剂的作用机制，为创新的治疗干预开辟了道路。通过阐明其药理特性和生物活性，研究人员可以进一步优化其功效，并在对抗病毒感染、治疗神经系统疾病和探索药物治疗的新途径方面开发新的应用。因此，继续研究金刚烷烷的多方面机制对于充分利用其在推进医疗保健和解决未满足的医疗需求方面的潜力至关重要。
引用:
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[5]https://en.wikipedia.org/wiki/Adamantane
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