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高效催化剂DMAP的应用简介

  • 分类:新闻中心
  • 作者:昊帆生物研发部
  • 来源:
  • 发布时间:2021-12-22 14:29
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【概要描述】DMAP被冠以“超级催化剂”的美名,因为它作为催化剂,具有反应速度快、反应条件温和、反应收率高、溶剂选择范围广、催化剂用量少等许多优点。

高效催化剂DMAP的应用简介

【概要描述】DMAP被冠以“超级催化剂”的美名,因为它作为催化剂,具有反应速度快、反应条件温和、反应收率高、溶剂选择范围广、催化剂用量少等许多优点。

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酰化是最常见有机化学反应之一,酰化反应常用的催化剂有吡啶和三乙胺。Litvinenko等人于1967年,发现用4-二甲氨基吡啶 (DMAP) 催化间氯苯胺的苯甲酰化反应,比吡啶做催化剂反应速率约增加104倍-105倍后,又陆续报道了DMAP用于酰化反应高效催化剂的应用,因此,4-二甲氨基吡啶作为一种新型的高效酰化催化剂,引起了越来越多的人们的青睐。除此之外,DMAP对于醚化反应,酯化反应,烷基化反应以及醇的羟基保护反应等众多反应均有着显著的催化作用。在分析化学、有机合成、药物合成、农药、染料、香料化学、高分子化学等领域,具有广阔的应用前景。


DMAP被冠以“超级催化剂”的美名,是因为DMAP作为催化剂,具有反应速度快、反应条件温和、反应收率高、溶剂选择范围广、催化剂用量少等许多优点[1]


DMAP作为催化剂,可应用于下列几类反应:

 

01 酰化反应

DMAP不仅能够催化简单反应物的酰化反应,还能够显著提高一些高位阻、低活性的醇、酚的酰化反应的反应的速率和收率,DMAP作催化剂可使很多酰化反应的产率达到90%以上,且反应条件温和,在室温下即可实现。

 

02 酯化反应

羧酸和醇的酯化反应需要在较高的温度下进行。而在DMAP催化剂作用下,在室温下即可快速进行。如当氨基酸的酯化反应需在高温下方可进行,但高温下易得到消旋化产物,当加入DMAP时,不仅低温下快速酯化,而且避免了在反应过程中原料和产物的消旋化,大大提高了反应收率。

 

03 醇和酚的醚化反应

DMAP还可用来催化醇和酚的醚化反应。


例如以DMAP为催化剂催化醇与三苯甲基氯化物的醚化反应,收率可提高20%~30%。

 

 

以DMAP为催化剂催化酚与碳酸二甲酯的反应,不仅可避免使用高毒的硫酸二甲酯的使用,而且反应完全,除目标产物外,副产物为CO2、甲醇,无三废产生。其反应式如下:

 

 

04 大环化合物的合成

DMAP催化合成某些天然大环化合物,不仅可以明显地改善反应条件,而且产率及产品纯度都有明显提高。

 

 

羧酸与异氰酸酯的反应,用DMAP催化比用吡啶催化的速度快的多[2]。例如,苯乙酸与苯异氰酸酯在二氯甲烷中于24℃下反应时,用DMAP催化,反应5min,产率可达66%;而用吡啶催化该反应,反应长达2h,产率仅为53%。


利用该反应,在氨苄青霉素系列抗菌素的合成上有广泛的应用前景。

 

 
DMAP在抗肿瘤药物合成中的应用
 
 
 

藤黄酸 (Gambogic acid) 是传统中药藤黄的主要活性成分之一,对多种肿瘤具有抗肿瘤活性,对肿瘤细胞的抑制有非常高的选择性,且对正常造血系统和免疫功能无明显影响。但由于藤黄酸在水中的溶解度很小,从而影响了它的药用价值。苦参碱 (Matrine) 是中药苦参的主要活性成分之一,对肿瘤细胞具有明显抑制作用,不但对正常细胞没有破坏作用,甚至能升高白细胞数、提高机体免疫功能。苦参碱改造后的衍生物还具有较好的水溶性。为此,侯雪峰、储著胜等利用藤黄酸和N-苄基苦参醇反应,在DMAP和1-(3-二甲胺丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐作用下发生酯化反应,合成了N-苄基苦参醇藤黄酸酯。该反应能顺利进行,得益于DMAP的催化作用,而且该反应条件温和,产物收率较高。


维生素E琥珀酸酯[3],分子式为C33H54O5具有抑制乳腺癌、前列腺癌等多种肿瘤细胞生长,而对正常细胞生长无细胞毒性及抑制作用。郑燕升、莫倩以DMAP为催化剂,以维生素E和琥珀酸酐为原料合成维生素E琥珀酸酯。合成过程中采用DMAP作为催化剂,其用量少、催化活性高、对设备无腐蚀、对环境无污染、副反应少、生产工艺简单、可降低成本,是合成维生素E琥珀酸酯的优良催化剂,有较好的工业开发价值和应用前景。

 

 
DMAP在抗生素药物合成中的应用
 
 
 

甲基红霉素是一种大环内酯消炎抗菌药,同红霉素相比,对胃酸更稳定,口服吸收好,血浓度高,达峰值快 (1h~2h),半衰期长,对革兰式阳性菌有较强的抗菌作用,故有“黄金胃药”的美称。三-O-乙酰化红霉素衍生物的制备是合成甲基红霉素的关键步骤之一。传统合成方法是在吡啶及乙酐存在下,在25℃下需反应10天,收率为95.2%。梁娅、高素华等人利用DMAP催化剂,在25℃下搅拌反应24h,催化合成了三-O-乙酰化红霉素衍生物,收率为95.7%。与传统方法相比在相同温度下只需24h, 反应速率提高了10倍。可见用DMAP催化合成三-O-乙酰化红霉素与传统方法相比,具有简单、快速、产率高等优点。


苯甲酰苯巴比妥的化学名称为1-苯甲酰基-5-乙基-5-苯基巴比妥酸,是镇静药苯巴比妥的前药,其本身也是抗癫痫药物[4]。与苯巴比妥相比具有毒性小、副作用小、用量小的特点。采用苯巴比妥银盐和苯甲酰氯在无催化剂条件下反应合成苯甲酰苯巴比妥,收率仅为20%。范崇光、马峰以苯巴比妥、苯甲酰氯为原料,用DMAP作催化剂,三乙胺作为缚酸剂,其他实验条件相同时,产率为64%,含量99%。

 

 
DMAP在除草剂合成上的应用
 
 
 

随着人们对除草剂要求的提高,需要寻找更优良的合成方法来提高农药的产率,达到高效生产。因具有低毒、无污染、无残留等特点,氨基酸酰胺类衍生物逐渐引起人们的密切关注和重视。据相关文献报道,N-酰基丙氨酸类衍生物具有高效的杀虫、杀菌和除草等生物活性,因其生物活性广泛而越来越引起人们的兴趣。其中5-芳基-2-呋喃甲酸及其衍生物是具有较高除草活性的基团。为了寻找较高活性的新型农药的先导化合物,在丙氨酸的N端插入5-邻氯苯基-2-呋喃甲酸,在其C端连接取代苯胺,采用N,N'-二环己基碳二亚胺 (DCC) 作酰化的脱水剂[5],用4-二甲氨基吡啶 (DMAP) 作脱水促进剂加快反应速率,合成了10种化合物,初步测得结果表明,该化合物具有一定的除草性。DMAP在其合成过程中作为催化剂,起到催化作用,缩短了反应时间,提高了反应速率。

 

 
DMAP在杀菌剂合成上的应用
 
 
 

苯并咪唑及其衍生物是广泛使用的农用杀菌剂、植物病毒抑制剂、杀真菌剂和驱虫剂。我国陈洪等人选择三乙胺作缚酸剂,DMAP作为催化剂,合成了三个苯并咪唑苯氧乙酸乳糖酯化合物。相关实验结果表明,DMAP/Et3N体系使得产品收率能达到52.7%以上,而且具有降低反应温度,缩短反应时间的优点,生物活性表明,其抗烟草花叶病毒活性达52.2%。可以看出,与相转移方法相比,DMAP是一种高效催化剂。


杀螨杀菌剂二硝巴豆酸酯是两个异构体的混合物,该产品由Rohm&Hass公司开发并商品化生产,产品主要制剂剂型有WP、EC和DF,与内吸性杀菌剂配合使用。2005年美国陶氏化学公司将该产品在欧洲申请登记,其销售市场主要集中在欧美和中东地区。在二硝巴豆酸酯合成过程中,当反应温度在30~40℃,与二甲基甲酰胺和三乙胺等催化剂相比,选用4-二甲氨基吡啶做催化剂[6],反应结果更佳,可使产品含量达到95.4%,产品收率达到85.6%。

 

 
DMAP在杀虫剂合成上的应用
 
 
 

DMAP作为酰化催化剂对酰化反应有着极强的催化作用,在杀虫剂的合成工艺中得到广泛的应用。


乙嘧硫磷,由瑞士山道士公司 (Sandoz. A G)于1972年研究开发,主要用于果树、玉米、蔬菜、苜蓿和马铃薯等农作物上,防治双翅目、半翅目鳞翅目、鞘翅目等害虫,是一种高效、广谱、非内吸式触杀和胃毒的低毒有机磷杀虫剂[7]。由于其高效、低毒, 非常符合我国农药工业现状,市场发展前景广阔。有关乙嘧硫磷的早期合成报道中,合成路线长,中间步骤多,且关键中间体市场无供应,使得其工业化生产困难。在后来的研究中,通过单因子实验考察了影响乙嘧硫磷收率的因素,得出了合成乙嘧硫磷的较佳工艺条件。合成过程中,当使用4-二甲基氨基吡啶作为催化剂时,与十二烷基苄基氯化铵和四丁基溴化铵等催化剂的催化效果相比,反应收率迅速提高,使得产品收率达到91%,工艺条件下产品纯度为74.0%,达到催化效果的最佳效果。4-二甲氨基吡啶的使用,使得乙嘧硫磷的合成达到高效高产。


合成有机磷杀虫杀螨剂喹硫磷的方法虽然有很多报道,但工业化生产都很困难[8],原因要么是收率偏低,造成后处理困难,且有大量溶剂损失;要么虽然收率较高,合成过程中需使用昂贵的溶剂,工业化生产同样受到限制。在喹硫磷的合成研究中发现,造成喹硫磷收率偏低的主要原因之一是非极性溶剂回收时喹硫磷的分解,考虑到喹硫磷乳剂的溶剂为二甲苯, 所以着重研究以DMAP为催化剂的合成方法。相关实验结果表明,该方法反应的周期短,条件温和,喹硫磷的收率达90%以上。该合成方法不再需要蒸馏溶剂,大大减小了溶剂的损耗及其对环境的污染,并且该合成工艺操作简单,有效避免了产品在高温时的分解,降低了生产成本。


随着酰化反应合成技术的提高,DMAP的使用范围和使用量也在逐渐增加。由于DMAP在超高效酰化催化剂中具有原料易得、合成简便、成本较低、毒性较小、无不良气味、使用方便、催化效果突出、贮存稳定等特点,因而越来越多地用于有机合成反应。

 

 

参考资料:

[1] 廖联安, 郭奇玲. 4-二甲氨基吡啶的合成及其催化的有机反应 [J] . 合成化学, 1995, 3(3) : 215

[2] 李英. 介绍一类高效酰化催化剂—二烷基氨基吡啶 [J]. 化学试剂, 1982, 4(2): 88

[3] 曹广宏. 4-二甲氨基吡啶的合成及其应用 [J] . 湖北化工, 1994, 2:16

[4] 杨海康,李文遐等. 4-二甲氨基吡啶合成方法的改进 [J] . 化学试剂, 1990 , 12(1): 56

[5] 李报庆. 高效酰化催化剂4-二甲氨基吡啶的合成研究 [J] . 化学世界, 1992 , 8 :344

[6] King H and Ware L L. 4-thiopy ridone and deri ved substances [J] .J Chem Sot , 1939 , 873

[7] 曾文平, 段湘生, 聂萍等. 嘧啶磷的合成及应用 [J] .湖南化工, 2000 , 30(2):17

[8] 余天祥, 钱永芳等. 催化合成嘧啶氧磷 [J] .1988 , 27(5): 16

 

 

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