일반적으로 사용되는 용매 DMSO 디메틸 설폭사이드

DMSO는 상온에서 무색투명한 액체이며, 순도가 높을수록 분자 사이에 사슬형 고분자 구조와 결합이 형성되어 녹는점(18.45℃)과 끓는점(189℃)이 높아진다. 다음 표에는 DMSO에 대한 기타 중요한 물리적 상수와 열역학적 데이터도 나열되어 있습니다. DMF와 마찬가지로 이 화합물은 물 및 가장 일반적인 유기 용매와 섞이는 극성 비양성자성 용매로도 사용할 수 있지만 전자보다 극성이 더 높습니다. DMSO는 독성이 낮고 많은 유기 및 무기 화합물을 잘 용해할 수 있으며 학술 및 산업 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 현재 사람들은 주로 황화디메틸(Me2S)에서 시작하여 O2나 NO2를 산화제로 사용하여 DMSO를 산업적으로 생산합니다.

DMSO의 중요한 물리상수 및 열역학적 데이터

DMSO는 다양한 유기 화학 반응에서 반응물로 사용될 수도 있습니다. 1957년 초 미국 퍼듀대학의 WilliamM.Weaver 교수 등은 구조가 다른 α-브로모케톤을 DMSO에 용해시켰는데, 일부 기질의 C-Br 결합은 상온에서 효율적으로 카르보닐기로 전환될 수 있었고 DMSO는 처음으로 특정 산화 활성을 갖는 것으로 밝혀졌습니다. DMSO는 오랫동안 용매 역할을 해왔습니다. 그 이후로 사람들은 유기 합성 분야에서 이 화합물의 다른 응용을 탐구하기 시작했으며 Pfitzner-Moffatt 산화 및 Swern 산화와 같은 잘 알려진 유기 반응은 모두 DMSO를 산화제로 사용하여 알코올을 해당 알데히드로 산화시킵니다. 케톤.

α-브로모케톤은 DMSO의 작용으로 α-카르보닐 알데히드로 산화됩니다.

Pfitzner-Moffatt 산화 및 Swern 산화

구조적으로, DMSO는 2개의 메틸 그룹을 포함하며, 이는 이론적으로 메틸(CH3), 메틸렌(-CH2-), 심지어 포르밀(CHO) 및 시안화물(CN)과 같은 다양한 단편을 모분자에 도입하기 위해 C1 신톤으로 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 2015년에 광동 약과 대학의 Cao Hua 교수는 이미다조피리딘의 Cu 촉매 선택적 3 위치 C-H 결합 포밀화를 보고했습니다. 그 중 DMSO는 단일 전자 전달(SET) 경로를 통해 메틸 라디칼을 생성할 수 있으며 이미다졸피리딘과 결합한 후 메틸화 중간체 B를 얻고 B는 O2의 작용에 따라 추가로 산화되어 목적 생성물을 얻습니다. 또한, DMSO의 메틸술포닐(SOMe) 부분은 다양한 유형의 화학적 변환을 위한 메틸티오일(-SMe) 및 메틸술포닐(-SO2Me)의 공급원으로 사용될 수도 있습니다.

유기 합성에서 합성 블록으로 DMSO 적용

Cu는 이미다조피리딘의 선택적 3위치 C-H 포르밀화를 촉매합니다.

이전에 우리는 순수한 DMF가 열 안정성이 좋다고 언급했습니다. Yang Qiang 박사는 시차주사열량계(DSC)를 사용하여 DMF의 고온 열분해를 분석한 결과, N2 분위기에서 400℃로 가열했을 때 DMF의 뚜렷한 분해가 없었고, 산, 염기, 할로겐 함유 화합물과 같은 다른 반응 성분이 특정 온도로 가열되면 반응이 통제 불능이 될 수 있습니다. 반면에 DMSO는 순수 DMSO의 열 안정성을 결정하기 위해 DSC를 사용하지 않으며 약 278℃에서 발열 분해가 발생합니다. 가속열량계(ARC)를 사용하면 이 화합물은 끓는점(189°C)에서도 마찬가지입니다.

2016년 SIGroup Company의 B. Todbrandes 박사는 다른 연구의 초기 연구를 결합하고 다양한 열량 측정 시스템과 가스 크로마토그래피-고분해능 질량 분석기(GC-HRMS)를 사용하여 DMSO의 열역학적 데이터와 제품을 종합적으로 최적화하고 분석했습니다. 열분해. 결과는 이 화합물의 분해로 인해 가능한 모든 생성물의 요약입니다. 아래 표에서 볼 수 있듯이 구성이 복잡합니다. 일반적으로 DMSO는 가열되면 먼저 HCHO와 MeSH로 분해되고, 후속 변환 후에 Me2S, MeSSMe 및 H2O와 같은 혼합 생성물을 얻는다고 믿어집니다. 또한 DMSO는 자기 불균등화 반응을 통해 Me2S 및 Me2SO2를 형성할 수도 있습니다.

DMSO의 열분해로 인한 생성물 요약

DMSO의 열분해에 가능한 반응 경로

물론 특정 반응성분이 혼합된 용매로 DMSO를 사용할 경우 초기 분해발열온도(onset온도)가 낮아져 안전성 문제가 발생할 확률이 높아진다. DMSO로 인한 반작용 사고는 1950년대 이후 드물지 않았지만 충분히 주목을 받지는 못한 것 같습니다. 일부 저널과 서적에는 여전히 DMSO가 높은 안전율 용매로 기재되어 있습니다. 초기에는 비용을 절감하기 위해 일부 기업에서는 반응 후처리 시스템에서 DMSO를 정류하여 재활용하여 부상과 사망을 초래했습니다. 이를 위해 Yang Qiang 박사는 화학 저널 Org.ProcessRes.Dev에도 글을 썼습니다. DMSO와 혼합된 반응물의 종류에 따라 가열 후 해당 시스템의 잠재적인 숨겨진 위험을 하나씩 설명하고 모든 사람에게 경보를 울립니다.

산

이미 20세기 초에 브뢴스테드산이 DMSO의 열분해를 크게 촉진한다는 사실이 밝혀졌습니다. 1959년 미국 듀퐁(E.I.D uPontdeNemoursandCompany) HaroldR. Nace 박사는 DMSO에서 100~160℃로 가열된 1차 및 2차(준) 할로겐화 알칸(X = Cl, Br, OSO2Ph)이 상응하는 알데히드, 케톤, 과산화수소로 전환될 수 있음을 발견했습니다. 동시에 끓는점이 낮은 부산물도 생성됩니다. Me2S, MeSH, MeSSMe 등이 생산됩니다. 반응 과정에서 브뢴스테드산 HX도 생성됩니다. Na2CO3를 산 결합제로 첨가하지 않으면 시스템에 다량의 HCHO가 나타나며 이는 HX가 DMSO의 열분해에 중요한 영향을 미친다는 것을 나타냅니다.

(유사) 할로겐화 알칸은 가열되어 DMSO에서 해당 알데히드와 케톤으로 ​​변환됩니다.

위에서 언급한 B. Todbrandes 박사는 DMSO에 각각 1%(질량 분율) H2SO4와 MsOH를 첨가하고 DSC로 발열 분해를 분석했습니다. DMSO와 비교하여 두 제품의 열분해 초기온도는 각각 192℃, 226℃로 크게 감소하였고, 방출되는 열량은 어느 정도 증가하였다. 다른 사람들은 또한 이 용매와 혼합된 다양한 브뢴스테드 산이 위의 열역학 데이터에 미치는 영향을 보고했으며, Yang Qiang 박사는 이를 요약하여 표에 표시했습니다. 결과는 아래 표에 나와 있습니다. 흔히 사용되는 농축된 HCl(37wt%)의 경우 혼합시스템은 110℃에서 상당한 발열분해를 보인다.

DMSO와 혼합된 다양한 브뢴스테드 산이 발열 분해에 미치는 영향

이 문제는 반응에 첨가제로 브뢴스테드 산을 첨가하는 것에 국한되지 않으며, 반응물과 중간체 분자 자체가 브뢴스테드 산도를 지닌 COOH를 함유하고 있다는 사실을 간과하기 쉽습니다. 예를 들어, 2006년 AgFA-Gevaerten.v의 Dr. MarcusBollyn은 사진 사진 재료의 활성 성분 21 구성을 위한 원료인 p-카르복시페닐히드라지드(15)의 전체 합성 과정의 안전성을 체계적으로 평가했습니다. 4단계 화학 전환. 중간체 17-20은 COOH를 유지하고 DMSO를 용매로 사용했습니다.

사진 재료의 활성 성분 21의 합성

그는 ARC를 이용하여 반응 각 단계의 발열분해를 분석하였고, 모든 반응계에서 DMSO의 열분해 개시온도가 크게 떨어져 112℃로 최저치를 기록하였으며, 특히 마지막 단계에서 합성규모를 확대하는 것을 발견하였다. 큰 숨겨진 위험을 가져옵니다. 대조적으로, 벤조산 중간체 17의 열 안정성은 이를 상응하는 나트륨 염 재설계 고리화 공정으로 전환함으로써 크게 개선되었습니다. 마지막으로 합성 공정을 적절하게 개선하고 안전성을 확보하기 위해 배치 합성으로 전환했으며 반응 시스템을 개방하고 공급 시간을 연장했습니다. 마지막 단계에서는 혼합용매로 2-메톡시프로판올을 첨가한다.

이 시점에서 다시 Pfitzner-Moffatt 산화반응을 언급할 필요가 있다. DMSO는 용매와 산화제로 사용되며 Brønsted 산(예:

무수 H3PO4 및 Cl2CHCOOH)를 촉매 부하와 함께 첨가하여 반응을 원활하게 촉진합니다. 스케일이 커지면 안전 문제가 발생할 것으로 예상됩니다.

대응 범위가 확대되었습니다. α-히드록시아미드 24를 1,2-디케톤 25로 산화시키기 위해 AbbVie의 ZheWang 박사는 DMAc를 용매 및 대조용으로 사용할 것을 제안했습니다.

DMSO의 양은 8당량으로 목표 전환을 효율적으로 완료할 수 있을 뿐만 아니라 대규모 합성의 안전성도 보장합니다.

Scale-up 조건 최적화

Pfitzner-Moffatt 산화에 의한 반응

이 두 연구는 또한 DMSO를 산과 혼합하는 데 숨겨진 위험이 있지만 반응 설계를 피할 수 없는 경우 위험을 최대한 줄이기 위해 효과적인 조치를 취할 수 있음을 모든 사람에게 상기시키기 위해 소개됩니다.