在中,我們講過DMF不單單是溶劑,今天整了一下——除了作溶劑,它還能干點啥?
DMF(
N,N-二甲基甲酰胺)是一種高沸點極性非質子溶劑,能和水以及大部分有機溶劑互溶,并且可以促使SN2反應的進行,是有機合成最常用的溶劑之一。
純DMF是沒有氣味的,但工業級或變質的DMF則有魚腥味,因其含有分解產生的少量二甲基胺,因此在使用DMF做溶劑參與反應時,可能遇到一些意料之中的副產物;
除做溶劑外,DMF也是一種重要的合成子,可以作為親電試劑、親核試劑和自由基試劑,參與多類化學反應,最著名的便是Vilsmeier反應,DMF和POCl3作用所形成的Vilsmeier試劑可以實現各類芳香化合物的甲酰基化反應。此外,DMF作為前體也能實現氨基羰基化和胺化,甚至可以和苯炔發生反應,本文將對DMF參與的這些反應一一介紹。
PART.1
甲酰基化反應
Vilsmeier試劑是最重要的甲酰基化試劑之一,和DMSO類似,DMF的O原子也具有一定的親核性,在親電試劑POCl3活化下可以離去O,最終得到亞胺結構化合物。
Vilsmeier試劑可以實現芳環化合物、雜芳環化合物以及富電子烯烴的甲酰化反應。
Vilsmeier試劑不是DMF參與甲酰化的唯一途徑,一些強親核性的試劑可以直接和DMF發生類似酰胺的水解反應,得到相應的甲酰化產物,例如缺電子芳環引入醛基可以用丁基鋰和DMF加和的方法(
Org. Process Res. Dev.2008, 12, 6, 1293–1298 )。
這里面還是需要強調的是溫度,要保持極低;要不然反應路徑會變;
當然更關鍵的是,我們之間有過分享,強堿下溫度的不好控,有爆炸危險;
另外在咪唑催化下,DMF也可以實現伯胺的甲酰化反應,在該反應中,咪唑對羰基親核進攻,使得二甲胺離去,得到中間體9,中間體9繼續被伯胺親核進攻,最后實現甲酰化反應。
PART.2
胺羰基化反應
DMF中,醛基C-H鍵的鍵解離能和H-Br差不多,可以被各種過氧化合物引發得到酰基自由基,酰基自由基能以自由基偶聯等方式實現胺羰基化反應。
在金屬催化的反應中,DMF常常作為配體,有時也會參與反應。如如:鹵代芳烴與鎳發生氧化加成,與DMF/MeONa復合物配位,然后釋放出甲醇,經歷還原消除,可實現鹵代芳烴的胺羰基化反應。
DMF作為金屬中心的配體,也可以接受外來試劑的進攻,實現各類底物的胺羰基化反應。
PART.3
胺化反應
DMF是二甲胺基的重要來源之一,可以實現各種鹵代烴的二甲胺基化反應,DMF形成二甲胺基主要有以下兩種方式:a)DMF與鹵代烴底物作用,N有一定的親核性,與R-X作用得到季銨鹽,該季銨鹽可以釋放出CO和HX,從而實現二甲胺化反應;b)DMF脫去一分子CO先形成二甲胺,再與R-X發生反應。
在銅催化下,DMF可以作為二甲胺源,實現苯并惡唑類化合物與二甲胺的氧化偶聯反應。
PART.4
和苯炔反應
DMF可以和苯炔發生類似[2+2]環加成的反應,得到苯并四元氧雜環,該中間體能夠視為雙烯等價體,與一些親雙烯體發生D-A反應,也能發生一些類似Michael加成的反應。
PART.5
作為甲基化試劑
做有機合成,一個重要的點就是“不原子經濟”,所以在沒得玩的前提下,有化學家對DMF的甲基也下手了。
過程的關鍵是通過強氧化劑氧化DMF中的氮原子,形成一個帶正電荷的亞胺結構,作為親電試劑,與甲基酮做了個親核加成,然后經歷C-N鍵斷裂,產物被轉移氫化還原。
PART.6
作為“CN”來源
如果DMF作為甲基化試劑有點假的話,那作為“CN”來源就讓人有點懵了。
這種層次的工作,可能真不是一般人能干的過來了。但我們也不得不思考這樣的意義在哪里?可能只能滿足我的“獵奇”心理。
未完待續……
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