碳酸二甲酯作甲基化试剂的研究进展.docx

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碳酸二甲酯作甲基化试剂的研究进展

碳酸二甲酯作甲基化试剂的研究进展

?

2O?

中问体

ChemicalIntermediate2008年第O1期

综述与专论

碳酸二甲酯作甲基化试剂的研究进展

舒婷,李光兴z

（1.成宁学院药学系,湖北成宁437001;2华中科技大学化学系,湖北武汉430074）

摘要:

综述了碳酸二甲酯作甲基化试剂在碳,氧,氮和硫原子上进行甲基化反应的研究进展,提出了

今后研究工作的发展方向.

关键词:

碳酸二甲酯;甲基化;反应

中图分类号:

TQ042文献标志码:

A文章编号:

1006—253x（2008）01—020-4

ProgressinStudyofDimethylCarbonateasMethylatingReagent

SHUTing,LIGuang-xing

rJ.DepartmentofPharmacy,XianningCollege,Xianning437001,Hubei,China;2.DepartmentofChemistry,HuazhongUniwemiq

ofScience&Technology,Wuhan430074,Hubei,China）

Abstract:

Recentprogressofdimethylcarbonatewhichactedasmethylatingreagentinmeth）rlation

reactionsthattookplaceoncarbon,oxygen,nitrogenandsulfuratomswasreviewed.Thedevelop-

menttrendoftheresearchwasproposed.

Keywords:

dimethylcarbonate;methylation;reaction

甲基化反应是有机和药物合成中的常用步骤,许

多重要的化工中间体都需要通过甲基化反应制得.传

统的甲基化试剂为硫酸二甲酯,卤代甲烷等剧毒物

质,它们不仅对人体健康有着极大的危害,而且在反

应过程中需要大量强碱,造成设备腐蚀,产生了大量

的废盐.因此,开发使用无毒的甲基化试剂有着十分

重要的意义.碳酸二甲酯（Dimethylcarbonate,简称

DMC）是一种新型的绿色化学试剂,1992年在欧洲作为

非毒性物质注册登记,其分子结构中含有甲基,可作

为硫酸二甲酯,卤代甲烷的代替品,本文对近几年以

碳酸二甲酯作为甲基化试剂的研究工作进行了较全

面的总结.

1碳原子上的甲基化反应

1.1腈的甲基化

腈是重要的化工原料和合成中间体,它水解可生

收稿日期:

2007—8—15

作者简介:

舒婷（1980一）,女,硕士,讲师,主要从事有机催化研究.

成羧酸,还原可生成胺,还能衍生出许多其它的官能

团.腈与DMC的甲基化反应表示为式①.

R-cCN+cH÷0.∞.OCH!

旦R-CH（CH3）CN+CH3.H+CO2①

R可以是芳基,芳氧基或其它活性基团.Tundo等

利用苯乙腈与DMC反应生成苯丙腈,反应在气相,气一

液相转移催化剂KCO./PEG上进行,苯乙腈的转化率

达到98%,仅有1%的苯丁腈生成[1].

Fu和One报道了碱金属离子交换的沸石固定催

化床上进行的上述反应[2].其中NaY型沸石具有最稳

定的活性,在533K,苯丙腈的收率为72%,没有苯丁腈

生成.作者认为NaY可能作用为碱催化剂,推测反应

机理如②③.

PhCH.CN+Z—PhCHCN+FIZ②

PhCHCNcH7oCHHZ——一PhcH（ccNcH3.Hc.2z③

0

腈与DMC的反应也可在液相中进行.p-异丁基苯

乙腈与DMC在温度180~200~C,K2CO3的催化下,腈的

碳酸二甲酯作甲基化试剂的研究进展?

2l?

转化率为95%,2一（p一异丁基苯基）_『大J腈的选抒性达

99.5%,产物水解后即是抗菌消炎药洛芬...

J.j1c相反应卡H比,腈的液相基化反温度较

低,/1需相转移催化剂,但DMC的用量较_人,通常是底

物的20倍左右.

1.2酯的甲基化

R-cHCOOCH+cHO.CO.OCH一_lc皇R-CH（CH）COOCH+cHoH+CO4

羧酸甲酯与DMC的甲基化反应见式④.jj腈

样,芳基或芳氧基乙酸甲酯与DMC发生甲荩化反应

的转化率和选择性均近t00%F,反应机理可能是DMC

首先作为甲氧羰基化试剂,随后作为甲摹化试剂.最

后脱掉甲氧羰基形成单甲基化产物.

丙_二酸二甲酯与DMC在393K,t’六烷甚j甲基溴

化铵（CTAB）催化剂上得到81%的甲基丙一二酸甲酯,.

1.3噻吩的甲基化

R-CHSO.Ar+cHIO.CO.OCH—一R-CH（CHljSOAr+cH0H+CO.

噻吩DMC的甲基化反应见式⑤.在弱碱KC0

的存在_卜,该反应得到单甲基产物的选择性夫】99%,

噻吩几乎完令转化].

1.4烯烃的甲基化

DMC与苯在双金属氧化物WO/ZrO的催化卜生成

甲苯的选择性为94.5%;与环戊二烯二:

乙二醇■

甲醚溶剂中,Na的存在下反应得到86%的甲环戊

烯.甲苯主要用于掺合汽油组成及作为生产甲苯衍

生物,炸药,染料中问体,药物的主要原料.甲环戊

一

:

烯可_f_f]于制备环氧树脂化剂.

2氧原子上的甲基化反应

2.1酚的甲基化

酚类甲基化得到艿香醚.芳香醚是要的化1=:

品,是染料,农药的制备原料,还Ⅱ丁用作抗氧剂,润滑

剂,塑料的稳定剂.

0uk等报道（Bu）NBr/KCO.一液相转移催化下

盼类DMC的反应],随后他们发现独以（Bu）,NBr

作催化剂也有很好的活性,}{.反应条件比较温和,如

苯酚与INC于13O℃反应4小时,醚的收率和选择r{

均近l00%….

愈创木酚是一’种要的化工原料,刖丁合成

咳祛痰药和香料,而目前的生产=f=艺路线长,产率只

仃30%左右,因此,开发新的合成工艺是非常必要的.

One和Fu埘邻苯二酚与DMC的反应作了’系zj,J#）t’究,

先后考察了Al103…,Li0H/AI20,~12j,K0/Al0催化

剂上邻苯■酚与DMC的气相反应,结果表明,在A1…0

上,邻笨二:

酚的转化牢较低,愈创木酚的选择性为

70%;Li0tl/A10上,愈创术酚的选择性与Li0H的

负载量有火,当负载娃为5mmo1?

g,其选择性为84%,

邻苯盼的转化率为t00%;仵KN0./A]0上,以97%的

收率得到藜芦醚.山此【1j’见,催化剂的碱性强弱对甲

基化反J,物的分布有着很人的影响.

水滑足’类应用非常』泛的固体碱,在500℃

以上煅烧过的水滑会产生比表嘶大,尺,J均匀具

有明碱性的混合金属氧化物.Jyothi等在573}{,煅

烧的Mg—A1水滑一}研究了邻苯二酚与DMC的气相

反应l】,邻苯盼的转化牢为96%,愈创木盼的选择性

为84%.

我闺在这一领域的研究不多,起步较晚.2000年

宋锡瑾等任自制的气市[1连续流动装置上制备苯甲醚,

在反应温度280℃,NaX催化剂上,苯甲醚的收率为

8%j.2001年,郭俊胜任氯化_一乙基苄基胺催化剂下

llj问甲坫术盼与DMC合成问甲臻苯甲醚,反应产率在

88%~90%161.2006印,张定林等采用Lewis催化剂,在

极性溶剂下进埘苯二酚DMC的液卡f{反应,甲基化

产物的收率为66.18%..

2_2羧酸的甲基化

水杨酸甲酯药物和香料面有重要用途.以

I）MCl_Jj水杨酸高釜rl1进行反应,423}{,HZSM一5

催化剂上,水杨酸的转化率为90%,水杨酸甲酯的选择

性人lJ95%,跟ff{醇相比,DMC是更为宵效的甲基化

试剂.$hieh等以1,8一:

氮杂双环[5.4.0]十一碳

烯7（DBL”）为催化剂,将各种羧酸与DMC反应得到相

应的羧酸甲,收卒近100%,以微波代替普通热源,能

将反心速率提高20~80倍,使反应在12~24min完

成.该反不仪适用简单的段酸,对_『位阻较火的羧

酸同样适用【.

3氮原子上的甲基化反应

3.1胺的甲基化

胺[NC反【ti成t甲帔或胺,反如式

甲摹苯胺是合成染料的重要中间体.Fu和One

研究了苯胺与DMC铖金属离交换的沸仃催化_卜

的干¨反.产物中生成甲琏苯胺和-甲

?

22?

巾间体

ChemicalIntermediate2008年第01期

基苯胺,二者的比例取决于反应条件和催化剂,在KY

沸石上,甲基苯胺的收率和选择性分别达到93.5%

和99.6%,在NaX沸石上,二二甲基苯胺的收率为

95.6%.Rao等报道了碱金属离子交换的EMT沸石,尤其

是K-EMT型沸石,是苯胺与DMC反应的有效催化剂.

Selva等发现NaY型沸石可催化带有活性官能团

的苯胺（氨基苯酚,氨基苯甲酸,氨基苯酰胺等）与DMC

的反应,只苯环上的氨基被单甲基化,产物的选择性

大于9996,分离收率为74~99%E.值得注意的是,该

反应温度为90～130℃,较一般的DMC甲基化反应低.

此外,NaY型沸石可催化脂肪胺（xc-~（CH2）NH2,n=1）

与DMC的甲基化反应.

一

般情况下,胺的甲基化反应主要生成Ⅳ-二

甲基胺,高选择性地生成甲基胺的情况比较少,因

此,碱性沸石催化下DMC和胺的甲基化是合成Ⅳ-甲

基胺很好的方法.

3.2含氮杂环化合物的甲基化

含氮杂环化合物是合成药物的重要中间体.

Jiang等研究了吲哚与DMC的甲基化反应,以K.C0:

为

催化剂,二甲基甲酰胺为溶剂,产品有较高的收率和

纯度.Shieh等发现亲核试剂DBU可催化含氮杂环

化合物与DMC的甲基化反应.反应在低温90℃进行,

产品收率达到99%,微波加热并添加（Bu）NI能极大提

高反应速率].类似的,1,4一二氮杂双环[2.2.2]辛烷

（DABCO）对该类反应的催化活性极高,吲哚几乎全数

转化为』V一甲基吲哚,反应过程包含有羰基化和甲基

化的竞争_舶].

4硫原子上的甲基化反应

有关硫原子上的甲基化反应研究较少,Lissel等

报道了硫醇与DMC在373K,KCO/18一冠一6催化下的

液相反应,其中苯硫醚的收率为84%tz.Tundo等研究

了气一液相转移催化（KCO:

/PEG）下硫苯酚与DMC的

气相反应,苯硫醚的收率几达100%~,该反应人大提

高了收率,并以便宜,无毒的PEG代替了昂贵,剧毒的

18一冠一6.

5小结与展望

综上所述,DMC作甲基化试剂的反应为弱碱催化

下的气相或液相反应,该类反应对单甲基化有很高的

选择性.国外对DMC在碳,氧,氮和硫原予上进行的甲

基化反应做了较多的研究工作,而我国对这一绿色

“甲基化”试剂研究甚少.今后,在理论研究上,可进一

步探索碳酸二甲酯作甲基化试剂的新型反应,并对反

应机理进行更准确,更深入的研究.在应用研究上,只

有开发高效,易分离,可重复使用的催化剂,利用DMC

作甲基化试剂的”高选择性”,克服DMC活性相对较弱

的不足,才能使DMC作甲基化试剂更易走上工业化之

路.总之,随着人类对环境保护的日益重视,开发使用

绿色试剂将是2l世纪化工发展的必然趋势,因此,对

DMC作甲基化试剂的深入研究将进一步促进绿色化学

和催化学科的发展.

参考文献:

[1]TundoP,TrottaF,MoraglioG.Selective

Mono—MethylationofArylacetonitrileswith

DimethylCarbonateunderGas—’LiqidPhase——Transfer

CatalysiS[J].J.Chem.Soc.,PerkinTrans,1989,1:

1070—1071.

[2