DCC及其在有机合成中的应用

化工时刊
Che mical Industry
Time s
Vol. 21 ,No . 10 Oct. 10. 2007
DCC 及其在有机合成中的应用
薄采颖 毕良武 3 王玉民 赵振东
(中国林业科学研究院林产化学工业研究所 ;国家林业局林产化学工程重点开放性实验室 ,江苏 南京 210042)
低级醇酯的麻烦 。如用 DCC 法合成胆甾醇酯[6] ,胆 甾醇酯可以用羧酸与醇直接酯化制得 ,但传统的酸催 化方法酯化率很低 。而用 DCC 作为脱水促进剂时 , 反应条件温和 ,产率也比较高 。
212 酯化反应 21211 羧酸与醇的酯化反应
通常情况下 ,酯的合成是用羧酸与醇在酸性催化 剂的作用下 ,即通过费歇尔 ( Fisher) 酯化来实现的 。 Fisher 反应通常要用强酸作为催化剂 ,由于反应是可 逆的 ,故要求分离水以使反应向正方向进行 ,同时反 应要求在加热的条件下进行 ,因此反应速度慢 ,产率 也不高 ,甚至得不到目标产物 。研究发现以 DCC 作 为脱水剂可以得到满意的结果 。避免了酸酐酯化法 仅限于酸酐的局限 ,也省去了酯交换法需要制备其他
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薄采颖等 DCC 及其在有机合成中的应用 20071Vol121 ,No . 10 化工时刊
112 N ,N’- 环己基脲法 该方法都是以环己胺为起始原料 ,经过形成
N ,N’- 二环己基脲中间产物 ,然后再经脱水反应形 成 DCC。其中 N ,N’- 二环己基脲可以由环己胺与光 气直接反应制得 ,也可以由环己胺 、尿素和异戊醇回 流反应制得 。由 N ,N’- 二环己基脲制备 DCC 的方 法也有多种 ,如 :对甲苯磺酰氯/ 吡啶 、五氧化二磷/ 吡 啶 、苯磺酰氯/ 三乙胺等[3、4 ] 。
2 DCC 在化学合成反应中的应用
211 醇的脱氢 伯醇 ,仲醇可以在脱氢试剂的作用下 ,失去氢 ,形
成羰基化合物 ,常用铜或铜铬氧化物等作脱氢剂 ,在 高温下使醇蒸气通过催化剂可生成醛或酮 。但是在 二环己基碳二亚胺 (DCC) 作为失水剂 ,二甲基亚砜 (DMSO) 作为氧化剂的条件下 ,可以得到高产率的醛 和酮 ,且反应条件温和 ,对烯键没有影响 。如对硝基 苯甲醇在磷酸和 DCC 与 DMSO 作用下 ,得到 92 %产 率的对硝基苯甲醛[5] :
二元羧酸可以与 DCC 反应生成杂环化合物 ,如 丙二酸及其同系物可以与 DCC 反应生成取代的巴比 妥酸 ,带有附加官能团的羧酸也可以与 DCC 反应生 成杂环化合物 ,如带羟基基团的水杨酸与 DCC 反应 生成苯并 嗪类衍生物 ,反应式如下 :
带硫基基团的硫代水杨酸和 DCC 反应生成 2 - 亚 胺基 - 1 ,3 - 苯基噻唑类化合物[11] ,邻氨基苯甲酸和 DCC 作用生成 3 - 取代的 1 ,3 - 喹唑啉 - 2 ,4 - 二酮。 215 高分子合成反应
摘 要 论述了 N ,N’- 二环己基碳二亚胺 (DCC) 的基本理化特性 ,以及 N ,N’- 二环己基硫脲法和 N ,N’- 二环己基 脲法两类制备方法 ,详细综述了其在醇的脱氢 、酯化 、酰胺及多肽合成 、杂环反应 、高分子合成等化学合成反应中的应 用。 关键词 N ,N’二环己基碳二亚胺 特性 制备 应用
111 N ,N’- 二环己基硫脲法 硫脲法有两种合成方法 ,它们首先都是由 2 分子
环己胺与 1 分子二硫化碳形成对应的硫脲衍生物 ,然 后分别采用不同的反应试剂脱硫化氢 ,将其转化为 DCC。其中 ,第一种方法是采用氧化汞作反应试剂 , 第二种方法采用次氯酸钠作反应试剂 。前者使用了
汞的化合物会对环境有影响 ,因此只适宜实验室少量 制备 ;后者使用的原料来源方便 ,生产成本低 ,因此是 工业生产 DCC 的常用方法[1～2 ] 。
收稿日期 :2007 - 08 - 27 基金项目 :江苏省自然科学基金项目 (BK2006012) :中国林业科学研究院重点预研课题专项补助项目 (2005 - Z - 03) 。 作者简介 : 薄采颖 (1984～) ,女 ,硕士生 3 通讯作者 : 毕良武 (1966～) ,博士 ,副研究员 ,从事天然产物化学与利用研究 E - mail : biliangwu @
N, N’- Dicyclohexylcarbodiimide and Its
Application in Organic Synthesis
Bo Caiying Bi Liangwu Wang Yumin Zhao Zhendong
( Institute of Chemical Industry of Forest Products , CAF ; Key and Open Lab1 on Forest Chemical Engineering , SFA , Jiangsu Nanjing 210042)
例如邻羟基苯甲酸不能生成酰卤 ,但在 DCC 存 在下 ,可与酚顺利酯化[7] 。
213 酰胺与多肽的合成反应 羧酸与胺的 反 应 是 合 成 酰 胺 的 重 要 方 法 。由 于
这一反应是平衡反应 ,因此采用过量的反应物之一或 移去反应生成的水 ,均有利于平衡向产物方向转移 。
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化工时刊 20071Vol121 ,No . 10 科技进展《Advance s Science & Technology》
此外 ,在 DCC 作用下 ,硫脲可以在适当反应条件 转化为氰基胍[16] ;DCC 具有很强的脱水性 ,因此也被 用来合成具有特殊官能团的化合物 ,如使羧酸生成烯 酮的反应 ;在合成来源稀少和贵重的大环内酯及大环 内酰胺反应中 ,DCC 有独特的作用 ;DCC 还可以使一 级酰胺 、羟胺与醛的加成物转化为腈 β; - 羟基酮经脱 水剂 DCC 发生分子内脱水 ,生成具有共轭结构的αβ, - 不饱和酮等等 。
Abstract Physical - chemical properties of N ,N’- dicyclohexylcarbodiimide (DCC) and its two kinds of preparation methods (N ,N’- dicyclohexylthiourea and N ,N’- dicyclohexylurea as intermediates) were described1 The applications of DCC in synthetic reactions such as dehydrogenation of alcohol , esterification of acid with alcohol or phenols , synthesis of amide and peptides , formation of heterocyclic compound , synthesis of polymers , etc1 were reviewed in detail1
Keywords N ,N’- dicyclohexylcarbodiimide property preparation application
N , N ’- 二 环 己 基 碳 二 亚 胺 ( dicyclohexyl2 泼性 ,不仅可以和羧酸 、氢氰酸及硫化氢等许多酸性
carbodiimide) ,又称 DCC ,是有机合成和医药制造工业 化合物起反应 ,也可以和其它如醇 、胺及含活泼亚甲
有报道以亚油酸苯酐和三羟甲基丙烷为原?在dcc和对甲苯磺酸存在下合成低相对分子质?的醇酸树脂然后醇酸树脂上的羟基与丁酐反应引入羧基再在dcc和对甲苯磺酸吡啶存在下与对羟基苯甲酸反应从而在醇酸树脂的分子上接枝聚对羟甲基苯甲酸的液晶链段得到液晶改性醇酸树脂
第 21 卷第 10 期 2007 年 10 月
移去水的方法通常是在反应物中加入甲苯或二甲苯 进行共沸蒸馏 。研究发现以 DCC[8]做缩合剂时 ,反应 具有产率高 ,条件温和的特点 。
羧酸与 DCC 在二甲基甲酰胺中反应 ,首先生成 活性中间体 ,继而与胺反应 ,几乎以定量产率生成酰 胺[8] 。
氨基 酸 在 碳 二 亚 胺 类 化 合 物 作 用 下 形 成 肽 键[9、10] ,该类化合物中 DCC 首先用于肽合成 ,并且现 已广泛应用 ,DCC 相对便宜 ,而且可溶于肽合成常用 的溶 剂 。在 肽 键 形 成 期 间 , 二 环 己 基 碳 二 亚 胺 (DCC) 转变为二环己基脲 ,从反应液中沉淀出来 。但 是采用 DCC 法合成困难序列肽时 ,一个严重问题就 是不能完全除去二环己基脲 ,为此引入了用不同的叔 氨基或季铵基取代的几种碳二亚胺衍生物如 EDC[ 1 - 乙基 - 3 - (3 - 二甲胺基丙基) - 碳二亚胺盐酸 盐 ] ,使用这些改造的缩合剂 ,在肽合成中 ,形成的脲 可以很容易地从反应物混和物中分离出来 。 214 杂环合成反应
在有位阻的羧酸和醇的酯化反应中 ,为加速反应 和提高转化率 ,通常会在反应体系中加入少量的 4 二甲氨基吡啶 (DMAP) 等作催化剂 。 21212 羧酸与酚的酯化反应
羧酸不易与酚直接酯化 。酚的酯化 ,通常要使用 酸酐或酰卤作为酯化剂 ,使酸先转化成酸酐或酰氯 , 再进行酯化反应 ,这样反应复杂冗长 ,产率低 。而且 有些羧酸不易制得酰卤 。对那些不易制得酰卤的羧 酸用 DCC 作为脱水剂 ,可以直接与酚制得芳酯[7] ,条 件温和 ,简单方便 ,产率高。而且生成产物除酯外 ,即 为双环己基脲。它以固体状态析出 ,经过滤即可除去。
3 结束语
综上所述 ,DCC 是一种很强的脱水试剂 ,多用于 酰胺 、酯的合成 。DCC 在药物合成方面有重要应用 , 可以合成非甾体抗炎药[17 ] 、药用环糊精[18 ] 等物质 , DCC 还 可 以 合 成 非 线 性 光 学 材 料 [19] 、新 型 纳 米 材 料[20] 、液晶材料 、生物活性物质等等 。
常用的脱水剂 ,它可以使两个本来不能反应的分子 ,脱 基等活泼氢一类化合物起反应 。
水形成化学键 。在我国主要用于丁胺卡那霉素和谷 光甘肽等产品的生产 。N ,N - 二环己基碳二亚胺的
1 DCC 的制备方法
分子式为 C13 H22N2 ,结构式为 :
。
在室温下 ,其纯品为白色蜡状结晶或微黄色透明液
何洁等[12] 通过 DCC/ DMAP 体系 ,将 5 - 对氨基 苯基 - 10 ,15 ,20 - 三苯基卟啉的钴或铁的配合物与 丙烯腈/ 丙烯酸共聚物的羧基侧链缩合 ,得到不同接 枝率的高聚物负载卟啉 ;同样 ,DCC 也可以使碳黑表 面的羧基或羟基与具有羟基或氨基端基的聚合物发 生缩合反应 ,形成接枝碳黑材料 ;曾繁涤等[13]在 DCC 存在下 ,采用聚乙烯醇 ( PVA) 与碳纳米管 (CNTs) 进行
体 。熔点为 35～36 ℃,沸点为 154～156 ℃(1147 kPa)
和 98～100 ℃(6617 烷 、四氢呋喃 、乙
腈 、二甲基甲酰胺等有机溶剂 。DCC 是一种很有效的
过敏源 ,会造成皮肤过敏 ,因此使用时要谨慎 。
分子中累积二烯结构使 DCC 具有很强的化学活
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缩合脱水反应 ,制得具有荧光性能的 PVA/ CNTs 复合 物 :有报道以亚油酸 、苯酐和三羟甲基丙烷为原料 ,在 DCC 和对甲苯磺酸存在下 ,合成低相对分子质量的醇 酸树脂 ,然后醇酸树脂上的羟基与丁酐反应引入羧 基 ,再在 DCC 和对甲苯磺酸/ 吡啶存在下 ,与对羟基 苯甲酸反应 ,从而在醇酸树脂的分子上接枝聚对羟甲 基苯甲酸的液晶链段 ,得到液晶改性醇酸树脂 ;王彩 霞等[14]以 DCC/ DMAP 体系 ,合成聚乙二醇 - 共轭亚 油酸 ( PEG - CLA) 聚合物 ,用于紫杉醇聚合物胶束给 药系统的制备 ; 任嗣利等[15]利用脱水剂 DCC 能促进 癸酸或全氟癸酸与聚乙烯亚胺 (PEI) 酰胺化的反应 ,首 次在涂敷 PEI 的玻璃表面上制备了癸酸及全氟癸与在 PEI 表面之间靠酰胺键连接的稳定的单分子层膜。 216 其它合成反应