冠狀醚（Crown Ether）

冠狀醚（Crown Ether）
國立台灣師範大學化學研究所碩士生林明楠/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

冠狀醚是一種雜環有機化合物，以乙醚為主要結構，重複的單位是乙烯氧基（-CH₂CH₂O-）。這系列化合物中最重要的是四聚體、五聚體和六聚體。用「冠」來命名的原因是因為冠狀醚能和一個陽離子鍵結，就像皇冠可以戴在頭上一樣。冠狀醚在命名時，第一個數字代表環內的原子數，第二個數字代表氧原子個數。

冠狀醚和特定的陽離子可產生很強的鍵結形成複合物。氧原子和陽離子位於環的內部，而環的外部呈疏水性。此方法產生的陽離子通常為鹽類且溶於非極性溶劑中，此為冠狀醚可被應用於相轉移催化反應的原因。冠狀醚結構中聚乙醚芽基團（denticity）的數量會影響冠狀醚和不同種離子的親和力。如: 18-crown-6 和鉀離子有高親和力，15-crown-5和鈉離子有高親和力，12-crown-4和鋰離子有高親和力。

歷史
1967年，杜邦公司的化學家Charles Pedersen在製備二價離子的complexing agent時發現了一種合成冠狀醚的簡單方法。他利用分子上的一個氫氣根連接兩個苯磷二酚基團，形成了一個多芽的配體，可以部分的包裹陽離子。接下來再使酚羥基離子化並中和包裹的二價陽離子。令他驚訝的是此反應的一個副產物能夠與鉀離子產生很強的配位。在早期一份關於在16-crown-4中溶解鉀離子的報告中有提到，Pedersen發現環狀醚實際上是一類嶄新的化合物，具有與鹼金屬結合的能力。後來，他發表了一系列的論文，包括經過系統研究的合成方法以及冠狀醚的鍵結性質。有機合成、相轉移催化及其他一些新興學科都受益於冠狀醚的發現。Pedersen個人主要致力於二苯冠狀醚的研究。他也因為發現了冠狀醚的合成方法及其性質而獲得了1987年的諾貝爾化學獎。

陽離子親和性
18-crown-6除了與鉀離子之間有很高的親和性，也能與質子化的胺結合，形成氣相、液相穩定的錯合物。一些胺基酸，例如賴氨酸（lysine），其側鏈上有一級胺結構，因此能夠與18-crown-6結合形成氣相的穩定錯合物。質子化以後的胺上的三個氫原子與18-crown-6上的三個氧形成氫鍵，使得結構更加地穩定。

自然界中的冠狀醚
冠狀醚並不是唯一能夠與鉀離子形成鍵結的大環配體，其它如纈氨黴素等離子載體同樣對鉀離子有著顯著的親和性。