Anwendung von Efficient Catalyst DMAP

Einführung in die Anwendung des effizienten Katalysators DMAP

Die Acylierung ist eine der häufigsten organischen chemischen Reaktionen. Die am häufigsten verwendeten Katalysatoren für Acylierungsreaktionen sind Pyridin und Triethylamin. 1967 fanden Litvinenko et al. heraus, dass 4-Dimethylaminopyridin (DMAP) zur Katalyse der Benzoylierungsreaktion von m-Chloranilin verwendet wurde und die Reaktionsgeschwindigkeit im Vergleich zu Pyridin als Katalysator um das 104- bis 105-Fache anstieg. Daher hat 4-Dimethylaminopyridin als neuer Typ hocheffizienter Acylierungskatalysator immer mehr Zuspruch gefunden. Darüber hinaus hat DMAP eine signifikante katalytische Wirkung auf viele Reaktionen wie Veretherungsreaktionen, Veresterungsreaktionen, Alkylierungsreaktionen und Hydroxylschutzreaktionen von Alkoholen. Es bietet breite Anwendungsmöglichkeiten in den Bereichen analytische Chemie, organische Synthese, Arzneimittelsynthese, Pestizide, Farbstoffe, Duftstoffchemie, Polymerchemie usw.

DMAP wird als „Superkatalysator" bezeichnet, da es als Katalysator viele Vorteile bietet, wie z. B. eine schnelle Reaktionsgeschwindigkeit, milde Reaktionsbedingungen, hohe Reaktionsausbeute, eine große Bandbreite an Lösungsmitteln und eine geringere Katalysatordosis [1].

Als Katalysator kann DMAP bei folgenden Reaktionstypen eingesetzt werden:

1. Acylierungsreaktion

DMAP kann nicht nur die Acylierungsreaktion einfacher Reaktanten katalysieren, sondern auch die Reaktionsgeschwindigkeit und Ausbeute einiger sterisch stark gehinderter, wenig aktiver Alkohol- und Phenolacylierungsreaktionen deutlich steigern. DMAP als Katalysator kann die Ausbeute vieler Acylierungsreaktionen um mehr als 90 % steigern, und die Reaktionsbedingungen sind mild und können bei Raumtemperatur realisiert werden.

2. Veresterungsreaktion

Die Veresterungsreaktion von Carbonsäure und Alkohol muss bei höheren Temperaturen durchgeführt werden. Unter der Einwirkung des DMAP-Katalysators kann sie bei Raumtemperatur schnell ablaufen. Wenn beispielsweise die Veresterungsreaktion einer Aminosäure bei hohen Temperaturen durchgeführt werden muss, das Racemisierungsprodukt jedoch leicht bei hohen Temperaturen erhalten wird, wird durch die Zugabe von DMAP nicht nur die schnelle Veresterung bei niedrigen Temperaturen erreicht, sondern auch die Racemisierung von Rohstoffen und Produkten während des Reaktionsprozesses vermieden, wodurch die Reaktionsausbeute erheblich gesteigert wird.

3. Veretherung von Alkoholen und Phenolen

DMAP kann auch verwendet werden, um die Veretherungsreaktion von Alkoholen und Phenolen zu katalysieren.

Beispielsweise kann durch die Verwendung von DMAP als Katalysator zur Katalyse der Veretherungsreaktion von Alkohol und Tritylchlorid die Ausbeute um 20 bis 30 % gesteigert werden.

Die Verwendung von DMAP als Katalysator zur Katalyse der Reaktion von Phenol und Dimethylcarbonat kann nicht nur die Verwendung von hochgiftigem Dimethylsulfat vermeiden, sondern auch die Reaktion vervollständigen. Neben dem Zielprodukt sind die Nebenprodukte CO2 und Methanol, und es entstehen keine drei Abfälle. Die Reaktionsformel lautet wie folgt:

4. Synthese von Makrocyclen

DMAP katalysiert die Synthese einiger natürlicher makrozyklischer Verbindungen und kann nicht nur die Reaktionsbedingungen erheblich verbessern, sondern auch die Ausbeute und Produktreinheit deutlich steigern.

5. Isocyanat-Reaktion

Die Reaktion von Carbonsäuren mit Isocyanaten verläuft mit DMAP viel schneller als mit Pyridin [2]. Wenn beispielsweise Phenylessigsäure und Phenylisocyanat in Dichlormethan bei 24 °C reagieren, wird DMAP verwendet, um die Reaktion 5 Minuten lang zu katalysieren, und die Ausbeute kann 66 % erreichen; während Pyridin verwendet wird, um die Reaktion zu katalysieren, dauert die Reaktion 2 Stunden und die Ausbeute beträgt nur 53 %. %.

Durch die Nutzung dieser Reaktion ergeben sich breite Anwendungsmöglichkeiten bei der Synthese von Antibiotika der Ampicillin-Reihe.

Anwendung von DMAP bei der Synthese von Antitumormitteln

Gamboginsäure (Gamboginsäure) ist einer der Hauptwirkstoffe der traditionellen chinesischen Medizin Gambogic. Sie wirkt gegen eine Vielzahl von Tumoren und ist sehr selektiv bei der Hemmung von Tumorzellen. Sie hat keine offensichtlichen Auswirkungen auf das normale hämatopoetische System und die Immunfunktion. Allerdings ist die Wasserlöslichkeit von Gamboginsäure sehr gering, was ihren medizinischen Wert beeinträchtigt. Matrine ist einer der Hauptwirkstoffe der traditionellen chinesischen Medizin Sophora flavescens. Sie hat eine offensichtliche hemmende Wirkung auf Tumorzellen und schädigt nicht nur keine normalen Zellen, sondern kann sogar die Anzahl der weißen Blutkörperchen erhöhen und die Immunfunktion des Körpers verbessern. Die modifizierten Derivate von Matrine haben auch eine bessere Wasserlöslichkeit. Aus diesem Grund verwendeten Hou Xuefeng, Chu Zhusheng et al. Gamboginsäure und N-Benzylmatrine, um sie mit DMAP und 1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimidhydrochlorid reagieren zu lassen. Im Rahmen der Veresterungsreaktion wurde der N-Benzylmatrine-Gamboginsäureester synthetisiert. Die Reaktion kann dank der katalytischen Wirkung von DMAP reibungslos ablaufen, die Reaktionsbedingungen sind mild und die Produktausbeute ist hoch.

Vitamin E-Succinat [3], die Molekülformel ist C33H54O5, kann das Wachstum verschiedener Tumorzellen wie Brustkrebs und Prostatakrebs hemmen, hat aber keine zytotoxische Wirkung und hemmt das normale Zellwachstum nicht. Zheng Yansheng und Mo Qian verwendeten DMAP als Katalysator zur Synthese von Vitamin E-Succinat aus Vitamin E und Bernsteinsäureanhydrid. DMAP wird als Katalysator im Syntheseprozess verwendet, der einen geringen Verbrauch, eine hohe katalytische Aktivität, keine Korrosion der Ausrüstung, keine Umweltverschmutzung, wenige Nebenreaktionen, einen einfachen Produktionsprozess und Kosteneinsparungen aufweist. Es ist ein ausgezeichneter Katalysator für die Synthese von Vitamin E-Succinat. Es hat einen guten industriellen Entwicklungswert und gute Anwendungsaussichten.

Anwendung von DMAP bei der Synthese von Antibiotika

Methylerythromycin ist ein entzündungshemmendes und antibakterielles Makrolidmedikament. Im Vergleich zu Erythromycin ist es gegenüber Magensäure stabiler, wird gut oral aufgenommen, hat eine hohe Blutkonzentration, erreicht schnell den Spitzenwert (1 bis 2 Stunden) und hat eine lange Halbwertszeit. Blaupositive Bakterien haben eine starke antibakterielle Wirkung. Daher trägt es den lobenden Titel „goldene Magenmedizin". Die Herstellung von tri-O-acetylierten Erythromycinderivaten ist einer der wichtigsten Schritte bei der Synthese von Methylerythromycin. Die traditionelle Synthesemethode besteht darin, 10 Tage lang in Gegenwart von Pyridin und Essigsäureanhydrid bei 25 °C zu reagieren, und die Ausbeute beträgt 95,2 %. Liang Ya, Gao Suhua und andere verwendeten den DMAP-Katalysator, um 24 Stunden lang unter Rühren bei 25 °C zu reagieren, und katalysierten die Synthese von tri-O-acetylierten Erythromycinderivaten mit einer Ausbeute von 95,7 %. Im Vergleich zur herkömmlichen Methode sind bei gleicher Temperatur nur 24 Stunden erforderlich und die Reaktionsgeschwindigkeit ist um das Zehnfache erhöht. Es ist ersichtlich, dass die katalytische Synthese von tri-O-acetyliertem Erythromycin durch DMAP im Vergleich zu herkömmlichen Methoden die Vorteile der Einfachheit, Schnelligkeit und hohen Ausbeute bietet.

Benzoylphenobarbital, chemisch bekannt als 1-Benzoyl-5-ethyl-5-phenylbarbitursäure, ist ein Prodrug des Sedativums Phenobarbital, das selbst ein Antiepileptikum ist [4 ]. Im Vergleich zu Phenobarbital ist es weniger toxisch, hat weniger Nebenwirkungen und muss weniger dosiert werden. Bei der Synthese von Benzoylphenobarbital aus Phenobarbitalsilbersalz und Benzoylchlorid ohne Katalysator beträgt die Ausbeute nur 20 %. Fan Chongguang und Ma Feng verwendeten Phenobarbital und Benzoylchlorid als Ausgangsstoffe, DMAP als Katalysator und Triethylamin als Säurebinder. Unter sonst gleichen Versuchsbedingungen betrug die Ausbeute 64 % und der Gehalt 99 %.

Anwendung von DMAP in der Herbizidsynthese

Mit der Verbesserung des Bedarfs der Menschen an Herbiziden ist es notwendig, bessere synthetische Methoden zu finden, um den Ertrag an Pestiziden zu steigern und eine hocheffiziente Produktion zu erreichen. Aufgrund ihrer geringen Toxizität, ihrer Schadstofffreiheit und ihrer Rückstandsfreiheit haben Aminosäureamid-Derivate allmählich die Aufmerksamkeit der Menschen auf sich gezogen. Laut einschlägigen Literaturberichten weisen N-Acylalanin-Derivate hochwirksame insektizide, bakterizide und herbizide biologische Wirkungen auf und haben aufgrund ihres breiten Spektrums an biologischen Wirkungen immer mehr Interesse geweckt. Unter ihnen sind 5-Aryl-2-furancarbonsäure und ihre Derivate Gruppen mit relativ hoher herbizider Wirkung. Um Leitverbindungen für neue Pestizide mit höherer Wirksamkeit zu finden, wurde 5-o-Chlorphenyl-2-furancarbonsäure am N-Terminus von Alanin eingefügt, substituiertes Anilin an dessen C-Terminus angeschlossen und N,N'-Dicyclohexylcarbonsäurediimin (DCC) als Dehydratisierungsmittel für die Acylierung verwendet [5] und 4-Dimethylaminopyridin (DMAP) als Dehydratisierungsbeschleuniger, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Zehn Verbindungen wurden synthetisiert. Vorläufige Ergebnisse zeigten, dass die Verbindung bestimmte herbizide Eigenschaften aufwies. DMAP fungiert im Syntheseprozess als Katalysator, spielt eine katalytische Rolle, verkürzt die Reaktionszeit und verbessert die Reaktionsgeschwindigkeit.

Anwendung von DMAP in der Synthese von Fungiziden

Benzimidazole und ihre Derivate werden häufig als landwirtschaftliche Fungizide, Pflanzenvirushemmer, Fungizide und Insektenabwehrmittel eingesetzt. Chen Hong aus meinem Land und andere wählten Triethylamin als säurebindendes Mittel und DMAP als Katalysator, um drei Benzimidazol-Phenoxylactoseesterverbindungen zu synthetisieren. Relevante experimentelle Ergebnisse zeigen, dass das DMAP/Et3N-System eine Produktausbeute von mehr als 52,7 % ermöglicht und die Vorteile einer niedrigeren Reaktionstemperatur und einer kürzeren Reaktionszeit bietet. Die biologische Aktivität zeigt, dass seine Aktivität gegen das Tabakmosaikvirus 52,2 % erreicht. Es ist ersichtlich, dass DMAP im Vergleich zur Phasentransfermethode ein hocheffizienter Katalysator ist.

Das Akarizid und Fungizid Dinitrocrotonat ist eine Mischung aus zwei Isomeren. Dieses Produkt wird von Rohm&Hass entwickelt und kommerziell hergestellt. Die wichtigsten Formulierungen des Produkts sind WP, ​​EC und DF, und es wird in Verbindung mit systemischen Fungiziden verwendet. Im Jahr 2005 beantragte die US-amerikanische Dow Chemical Company die Registrierung dieses Produkts in Europa, und sein Absatzmarkt konzentriert sich hauptsächlich auf Europa, Amerika und den Nahen Osten. Beim Syntheseprozess von Dinitrocrotonat wird bei einer Reaktionstemperatur von 30–40 °C 4-Dimethylaminopyridin als Katalysator verwendet [6] und das Reaktionsergebnis ist besser als bei Katalysatoren wie Dimethylformamid und Triethylamin. Gut, der Produktgehalt kann 95,4 % und die Produktausbeute 85,6 % erreichen.

Anwendung von DMAP in der Synthese von Pestiziden

Als Acylierungskatalysator hat DMAP eine starke katalytische Wirkung auf die Acylierungsreaktion und wird häufig im Syntheseprozess von Pestiziden verwendet.

Acetophos wurde 1972 von Sandoz AG erforscht und entwickelt und wird hauptsächlich in Nutzpflanzen wie Obstbäumen, Mais, Gemüse, Luzerne und Kartoffeln zur Bekämpfung von Diptera, Hemiptera, Lepidoptera, Coleoptera und anderen Nutzpflanzen eingesetzt. Es ist ein hocheffizientes, breitbandiges, nicht systemisches Kontakt- und Magengift mit geringer Toxizität [7]. Aufgrund seiner hohen Effizienz und geringen Toxizität entspricht es sehr gut der aktuellen Situation der Pestizidindustrie meines Landes und hat breite Marktaussichten. In den frühen Berichten über die Synthese von Pyrimethion ist der Syntheseweg lang, es gibt viele Zwischenschritte und es gibt kein Angebot an wichtigen Zwischenprodukten auf dem Markt, was seine industrielle Produktion erschwert. In der späteren Studie wurden die Faktoren, die die Ausbeute an Pyrimethion beeinflussen, durch Einzelfaktorexperimente untersucht und die optimalen Prozessbedingungen für die Synthese von Pyrimethion ermittelt. Wenn im Syntheseprozess 4-Dimethylaminopyridin als Katalysator verwendet wird, steigt die Reaktionsausbeute im Vergleich zu den katalytischen Wirkungen von Katalysatoren wie Dodecylbenzylammoniumchlorid und Tetrabutylammoniumbromid schnell an, wodurch das Produkt hergestellt wird. Die Ausbeute erreichte 91 % und die Produktreinheit betrug 74,0 % unter den Prozessbedingungen, wodurch die beste katalytische Wirkung erzielt wurde. Durch die Verwendung von 4-Dimethylaminopyridin wird bei der Synthese von Pyrimethion eine hohe Effizienz und Ausbeute erreicht.

Obwohl es viele Berichte über Methoden zur Synthese des organophosphorhaltigen Insektizids und Akarizids Quinalphos gibt, ist die industrielle Produktion sehr schwierig [8], da entweder die Ausbeute niedrig ist, was zu Schwierigkeiten bei der Nachbearbeitung und einem großen Lösungsmittelverlust führt; die Effizienz ist hoch, im Syntheseprozess werden teure Lösungsmittel benötigt und die industrielle Produktion ist ebenfalls begrenzt. Bei der Forschung zur Synthese von Quetiaphos wurde festgestellt, dass einer der Hauptgründe für die niedrige Ausbeute von Quetiaphos die Zersetzung von Quetiaphos bei der Rückgewinnung des unpolaren Lösungsmittels ist. In Anbetracht der Tatsache, dass das Lösungsmittel der Quetiaphos-Emulsion Xylol ist, konzentrieren wir uns bei der Forschung auf ein Syntheseverfahren unter Verwendung von DMAP als Katalysator. Relevante experimentelle Ergebnisse zeigen, dass der Reaktionszyklus der Methode kurz, die Bedingungen mild und die Ausbeute an Quetiaphos bei über 90 % liegt. Bei der Synthesemethode ist keine Destillation des Lösungsmittels mehr erforderlich, wodurch der Lösungsmittelverlust und die Umweltverschmutzung erheblich reduziert werden. Der Syntheseprozess ist einfach durchzuführen, verhindert wirksam die Zersetzung des Produkts bei hohen Temperaturen und senkt die Produktionskosten.

Mit der Verbesserung der Acylierungssynthesetechnologie nehmen auch Umfang und Menge von DMAP allmählich zu. Aufgrund der Eigenschaften leicht erhältlicher Rohstoffe, einfacher Synthese, niedriger Kosten, geringer Toxizität, keinem schlechten Geruch, bequemer Verwendung, hervorragender katalytischer Wirkung und stabiler Lagerung in hocheffizienten Acylierungskatalysatoren wird DMAP zunehmend in organischen Synthesereaktionen verwendet. Das Hauptproblem im Land ist derzeit

DMAP ist teuer, seine Anwendung in der Industrie ist nicht weit verbreitet und sein wirtschaftlicher Nutzen ist nicht signifikant. Daher ist es notwendig, die Forschung an seiner Synthesetechnologie zu intensivieren, um die Produktionskosten zu senken, die Verwendung zu erweitern und seinen Anwendungsbereich in der organischen Synthese zu erweitern, um den Anforderungen der chemischen Produktion gerecht zu werden.

Quellen:

[1] Liao Lian'an, Guo Qiling. Synthese von 4-Dimethylaminopyridin und seine katalytische organische Reaktion[J]. Synthetic Chemistry, 1995, 3(3): 215

[2] Li Ying. Einführung einer Klasse effizienter Acylierungskatalysatoren – Dialkylaminopyridine[J]. Chemical Reagents, 1982, 4(2): 88

[3] Cao Guanghong. Synthese und Anwendung von 4-Dimethylaminopyridin [J]. Hubei Chemical Industry, 1994, 2:16

[4] Yang Haikang, Li Wenxia usw. Verbesserung der Synthesemethode von 4-Dimethylaminopyridin [J]. Chemical Reagents, 1990, 12 (1): 56

[5] Li Baoqing. Synthese des effizienten Acylierungskatalysators 4-Dimethylaminopyridin [J]. Chemical World, 1992, 8:344

[6] King H und Ware L L. 4-Thiopyridon und abgeleitete Substanzen [J].J Chem Sot, 1939, 873

[7] Zeng Wenping, Duan Xiangsheng, Nie Ping usw. Synthese und Anwendung von Pyrimiphos[J]. Hunan Chemical Industry, 2000, 30(2):17

[8] Yu Tianxiang, Qian Yongfang usw. Katalytische Synthese von Pyrimidinoxon [J]. 1988, 27 (5): 16