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高效催化劑DMAP的應(yīng)用簡介
?；亲畛Ｒ娪袡C化學(xué)反應(yīng)之一，?；磻?yīng)常用的催化劑有吡啶和三乙胺。Litvinenko等人于1967年，發(fā)現(xiàn)用4-二甲氨基吡啶 (DMAP) 催化間氯苯胺的苯甲?；磻?yīng)，比吡啶做催化劑反應(yīng)速率約增加104倍-105倍后, 又陸續(xù)報道了DMAP用于?；磻?yīng)高效催化劑的應(yīng)用, 因此, 4-二甲氨基吡啶作為一種新型的高效酰化催化劑，引起了越來越多的人們的青睞。除此之外，DMAP對于醚化反應(yīng)，酯化反應(yīng)，烷基化反應(yīng)以及醇的羥基保護反應(yīng)等眾多反應(yīng)均有著顯著的催化作用。在分析化學(xué)、有機合成、藥物合成、農(nóng)藥、染料、香料化學(xué)、高分子化學(xué)等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。
DMAP被冠以“超級催化劑”的美名, 是因為DMAP作為催化劑，具有反應(yīng)速度快、反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)收率高、溶劑選擇范圍廣、催化劑用量少等許多優(yōu)點[1]。
DMAP作為催化劑, 可應(yīng)用于下列幾類反應(yīng):
1. 酰化反應(yīng)
DMAP不僅能夠催化簡單反應(yīng)物的?；磻?yīng)，還能夠顯著提高一些高位阻、低活性的醇、酚的?；磻?yīng)的反應(yīng)的速率和收率，DMAP作催化劑可使很多?；磻?yīng)的產(chǎn)率達到90%以上，且反應(yīng)條件溫和，在室溫下即可實現(xiàn)。
2. 酯化反應(yīng)
羧酸和醇的酯化反應(yīng)需要在較高的溫度下進行。而在DMAP催化劑作用下，在室溫下即可快速進行。如當(dāng)氨基酸的酯化反應(yīng)需在高溫下方可進行，但高溫下易得到消旋化產(chǎn)物，當(dāng)加入DMAP時，不僅低溫下快速酯化，而且避免了在反應(yīng)過程中原料和產(chǎn)物的消旋化，大大提高了反應(yīng)收率。
3. 醇和酚的醚化反應(yīng)
DMAP還可用來催化醇和酚的醚化反應(yīng)。
例如以DMAP為催化劑催化醇與三苯甲基氯化物的醚化反應(yīng), 收率可提高20%~30%。
以DMAP為催化劑催化酚與碳酸二甲酯的反應(yīng), 不僅可避免使用高毒的硫酸二甲酯的使用, 而且反應(yīng)完全, 除目標(biāo)產(chǎn)物外, 副產(chǎn)物為CO2、甲醇, 無三廢產(chǎn)生。其反應(yīng)式如下:
4. 大環(huán)化合物的合成
DMAP催化合成某些天然大環(huán)化合物, 不僅可以明顯地改善反應(yīng)條件, 而且產(chǎn)率及產(chǎn)品純度都有明顯提高.
5. 異氰酸酯的反應(yīng)
羧酸與異氰酸酯的反應(yīng)，用DMAP催化比用吡啶催化的速度快得多[2]。例如，苯乙酸與苯異氰酸酯在二氯甲烷中于24℃下反應(yīng)時，用DMAP催化，反應(yīng)5min，產(chǎn)率可達66%；而用吡啶催化該反應(yīng), 反應(yīng)長達2h, 產(chǎn)率僅為53%。
利用該反應(yīng)，在氨芐青霉素系列抗菌 素的合成上有廣泛的應(yīng)用前景。
DMAP在抗腫瘤藥物合成中的應(yīng)用
藤黃酸 (Gambogic acid) 是傳統(tǒng)中藥藤黃的主要活性成分之一，對多種腫瘤具有抗腫瘤活性，對腫瘤細胞的抑制有非常高的選擇性，且對正常造血系統(tǒng)和免疫功能無明顯影響。但由于藤黃酸在水中的溶解度很小，從而影響了它的藥用價值?？鄥A (Matrine) 是中藥苦參的主要活性成分之一，對腫瘤細胞具有明顯抑制作用，不但對正常細胞沒有破壞作用，甚至能升高白細胞數(shù)、提高機體免疫功能?？鄥A改造后的衍生物還具有較好的水溶性。為此, 侯雪峰、儲著勝等利用藤黃酸和N-芐基苦參醇反應(yīng), 在DMAP和1-(3-二甲胺丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽作用下發(fā)生酯化反應(yīng)，合成了N-芐基苦參醇藤黃酸酯。該反應(yīng)能順利進行，得益于DMAP的催化作用，而且該反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)物收率較高。
維生素E琥珀酸酯[3]，分子式為C33H54O5具有抑制乳腺癌、前列腺癌等多種腫瘤細胞生長，而對正常細胞生長無細胞毒性及抑制作用。鄭燕升、莫倩以DMAP為催化劑，以維生素E和琥珀酸酐為原料合成維生素E琥珀酸酯。合成過程中采用DMAP作為催化劑，其用量少、催化活性高、對設(shè)備無腐蝕、對環(huán)境無污染、副反應(yīng)少、生產(chǎn)工藝簡單、可降低成本，是合成維生素E琥珀酸酯的優(yōu)良催化劑，有較好的工業(yè)開發(fā)價值和應(yīng)用前景。
DMAP在抗生素藥物合成中的應(yīng)用
甲基紅霉素是一種大環(huán)內(nèi)酯消炎抗菌藥，同紅霉素相比，對胃酸更穩(wěn)定，口服吸收好，血濃度高，達峰值快 (1h~2h)，半衰期長，對革蘭式陽性菌有較強的抗菌作用。故有“黃金胃藥”的美稱。三-O-乙酰化紅霉素衍生物的制備是合成甲基紅霉素的關(guān)鍵步驟之一。傳統(tǒng)合成方法是在吡啶及乙酐存在下，在25℃下需反應(yīng)10天，收率為95.2%。梁婭、高素華等人利用DMAP催化劑，在25℃下攪拌反應(yīng)24h，催化合成了三-O-乙?；t霉素衍生物，收率為95.7%。與傳統(tǒng)方法相比在相同溫度下只需24h, 反應(yīng)速率提高了10倍。可見用DMAP催化合成三-O-乙酰化紅霉素與傳統(tǒng)方法相比，具有簡單、快速、產(chǎn)率高等優(yōu)點。
苯甲酰苯巴比妥的化學(xué)名稱為1-苯甲?；?5-乙基-5-苯基巴比妥酸，是鎮(zhèn)靜藥苯巴比妥的前藥，其本身也是抗癲癇藥物[4]。與苯巴比妥相比具有毒性小、副作用小、用量小的特點。采用苯巴比妥銀鹽和苯甲酰氯在無催化劑條件下反應(yīng)合成苯甲酰苯巴比妥，收率僅為20%。范崇光、馬峰以苯巴比妥、苯甲酰氯為原料，用DMAP作催化劑，三乙胺作為縛酸劑，其他實驗條件相同時，產(chǎn)率為64%，含量99%。
DMAP在除草劑合成上的應(yīng)用
隨著人們對除草劑要求的提高，需要尋找更優(yōu)良的合成方法來提高農(nóng)藥的產(chǎn)率，達到高效生產(chǎn)。因具有低毒、無污染、無殘留等特點，氨基酸酰胺類衍生物逐漸引起人們的密切關(guān)注和重視。據(jù)相關(guān)文獻報道，N-酰基丙氨酸類衍生物具有高效的殺蟲、殺菌和除草等生物活性，因其生物活性廣泛而越來越引起人們的興趣。其中5-芳基-2-呋喃甲酸及其衍生物是具有較高除草活性的基團。為了尋找較高活性的新型農(nóng)藥的先導(dǎo)化合物，在丙氨酸的N端插入5-鄰氯苯基-2-呋喃甲酸，在其C端連接取代苯胺，采用N,N'-二環(huán)己基碳二亞胺 (DCC) 作酰化的脫水劑[5]，用4-二甲氨基吡啶 (DMAP) 作脫水促進劑加快反應(yīng)速率，合成了10種化合物，初步測得結(jié)果表明，該化合物具有一定的除草性。DMAP在其合成過程中作為催化劑，起到催化作用，縮短了反應(yīng)時間，提高了反應(yīng)速率。
DMAP在殺菌劑合成上的應(yīng)用
苯并咪唑及其衍生物是廣泛使用的農(nóng)用殺菌劑、植物病毒抑制劑、殺真菌劑和驅(qū)蟲劑。我國陳洪等人選擇三乙胺作縛酸劑，DMAP作為催化劑，合成了三個苯并咪唑苯氧乙酸乳糖酯化合物。相關(guān)實驗結(jié)果表明，DMAP/Et3N體系使得產(chǎn)品收率能達到52.7%以上，而且具有降低反應(yīng)溫度，縮短反應(yīng)時間的優(yōu)點，生物活性表明，其抗煙草花葉病毒活性達52.2%?？梢钥闯?，與相轉(zhuǎn)移方法相比，DMAP是一種高效催化劑。
殺螨殺菌劑二硝巴豆酸酯是兩個異構(gòu)體的混合物，該產(chǎn)品由Rohm&Hass公司開發(fā)并商品化生產(chǎn)，產(chǎn)品主要制劑劑型有WP、EC和DF，與內(nèi)吸性殺菌劑配合使用。2005年美國陶氏化學(xué)公司將該產(chǎn)品在歐洲申請登記，其銷售市場主要集中在歐美和中東地區(qū)。在二硝巴豆酸酯合成過程中，當(dāng)反應(yīng)溫度在30~40℃，與二甲基甲酰胺和三乙胺等催化劑相比，選用4-二甲氨基吡啶做催化劑[6]，反應(yīng)結(jié)果更佳，可使產(chǎn)品含量達到95.4%，產(chǎn)品收率達到85.6%。
DMAP在殺蟲劑合成上的應(yīng)用
DMAP作為?；呋瘎︴；磻?yīng)有著極強的催化作用，在殺蟲劑的合成工藝中得到廣泛的應(yīng)用。
乙嘧硫磷，由瑞士山道士公司 (Sandoz. A G)于1972年研究開發(fā)，主要用于果樹、玉米、蔬菜、苜蓿和馬鈴薯等農(nóng)作物上，防治雙翅目、半翅目鱗翅目、鞘翅目等害蟲，是一種高效、廣譜、非內(nèi)吸式觸殺和胃毒的低毒有機磷殺蟲劑[7]。由于其高效、低毒, 非常符合我國農(nóng)藥工業(yè)現(xiàn)狀，市場發(fā)展前景廣闊。有關(guān)乙嘧硫磷的早期合成報道中，合成路線長，中間步驟多，且關(guān)鍵中間體市場無供應(yīng)，使得其工業(yè)化生產(chǎn)困難。在后來的研究中，通過單因子實驗考察了影響乙嘧硫磷收率的因素，得出了合成乙嘧硫磷的較佳工藝條件。合成過程中，當(dāng)使用4-二甲基氨基吡啶作為催化劑時，與十二烷基芐基氯化銨和四丁基溴化銨等催化劑的催化效果相比，反應(yīng)收率迅速提高，使得產(chǎn)品收率達到91%，工藝條件下產(chǎn)品純度為74.0%，達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達到高效高產(chǎn)。
合成有機磷殺蟲殺螨劑喹硫磷的方法雖然有很多報道，但工業(yè)化生產(chǎn)都很困難[8]，原因要么是收率偏低，造成后處理困難，且有大量溶劑損失；要么雖然收率較高, 合成過程中需使用昂貴的溶劑, 工業(yè)化生產(chǎn)同樣受到限制。在喹硫磷的合成研究中發(fā)現(xiàn)，造成喹硫磷收率偏低的主要原因之一是非極性溶劑回收時喹硫磷的分解，考慮到喹硫磷乳劑的溶劑為二甲苯， 所以著重研究以DMAP為催化劑的合成方法。相關(guān)實驗結(jié)果表明，該方法反應(yīng)的周期短，條件溫和，喹硫磷的收率達90%以上。該合成方法不再需要蒸餾溶劑，大大減小了溶劑的損耗及其對環(huán)境的污染，并且該合成工藝操作簡單，有效避免了產(chǎn)品在高溫時的分解，降低了生產(chǎn)成本。
隨著?；磻?yīng)合成技術(shù)的提高，DMAP的使用范圍和使用量也在逐漸增加。由于DMAP在超高效酰化催化劑中具有原料易得、合成簡便、成本較低、毒性較小、無不良氣味、使用方便、催化效果突出、貯存穩(wěn)定等特點，因而越來越多地用于有機合成反應(yīng)。目前國內(nèi)存在的主要問題是
DMAP價格昂貴，在工業(yè)上應(yīng)用效價不高，經(jīng)濟效益不顯著。因此， 有必要加強其合成技術(shù)的研究，以降低生產(chǎn)成本，拓寬用途，擴大其在有機合成上的使用范圍，以滿足化工生產(chǎn)的需要。
參考資料：
[1] 廖聯(lián)安，郭奇玲. 4-二甲氨基吡啶的合成及其催化的有機反應(yīng) [ J] . 合成化學(xué), 1995, 3(3) : 215
[2] 李英. 介紹一類高效酰化催化劑—二烷基氨基吡啶 [ J]. 化學(xué)試劑, 1982, 4(2): 88
[3] 曹廣宏. 4-二甲氨基吡啶的合成及其應(yīng)用 [ J] . 湖北化工, 1994, 2:16
[4] 楊海康,李文遐等. 4-二甲氨基吡啶合成方法的改進 [ J] . 化學(xué)試劑, 1990 , 12(1): 56
[5] 李報慶. 高效?；呋瘎?-二甲氨基吡啶的合成研究 [ J] . 化學(xué)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, 聶萍等. 嘧啶磷的合成及應(yīng)用 [ J] .湖南化工, 2000 , 30(2):17
[8] 余天祥,錢永芳等. 催化合成嘧啶氧磷 [ J] .1988 , 27(5): 16
