DCC及其在有机合成中的应用

1、第 21 卷第 10 期化工时刊Vol. 21 ,No . 102007 年 10 月Che mical Industry Time sOct . 10 . 2007DCC 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)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

2、亚胺特性 制备 应用N, N- Dicyclohexylcarbodiimide and ItsApplication in Organic SynthesisBo CaiyingBi LiangwuWang YuminZhao Zhendong( Institute of Chemical Industry of Forest Products , CAF ; Key and Open Lab1 onForest Chemical Engineering , SFA , Jiangsu Nanjing 210042)Abstract Physical - chemical propertie

3、s 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 pheno

4、ls , synthesis of amide and peptides , formation of heterocyclic compound , synthesis of polymers , etc1 were reviewed in detail1KeywordsN ,N- dicyclohexylcarbodiimide property preparation applicationN , N - 二环己基碳二亚胺 ( dicyclohexyl2 carbodiimide) ,又称 DCC ,是有机合成和医药制造工业常用的脱水剂 ,它可以使两个本来不能反应的分子 ,脱水形成化学键

5、。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体。熔点为 3536 ,沸点为 154156 (1147 kPa)和 98100 (6617 Pa) 。DCC 不溶于水 , 但溶于二氯甲烷、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 具有很强的化学活泼性 ,不仅可以和羧酸、氢氰酸及硫化氢等许多酸性化合物起反应 ,也可以和其它如醇、胺及含活泼亚甲基等活泼氢一类化合物起反应。1

6、DCC 的制备方法111N ,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12 。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)

7、。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 1261com 4薄采颖等DCC 及其在有机合成中的应用20071Vol121 ,No . 10化工时刊112N ,N- 环己基脲法该方法都是以环己胺为起始原料 , 经过形成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 ,

8、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 :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 。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

9、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

10、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。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这一反应是平衡反应 ,因此采用过量的反应物之一或

11、羧酸与胺的反应是合成酰胺的重要方法。由于移去反应生成的水 ,均有利于平衡向产物方向转移。 519 化工时刊20071Vol121 ,No . 10科技进展Advance s Science & Technolo gy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 DCC8 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

12、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

13、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

14、在 DCC存在下 ,采用聚乙烯醇( PVA) 与碳纳米管( CNTs) 进行 6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

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;- 羟基酮经脱水剂 DCC 发生分子内脱水 ,生成具有共轭结构的,- 不饱和酮等等。3 结束语综上所述

16、 ,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、新型纳米材料20 、液晶材料、生物活性物质等等。DCC 在合成上的优越性在于它有可能用在非质子的无酸溶液和无碱溶液中 ,并同样具有催化作用。总之 ,随着化学理论的发展以及对 DCC 研究的进一步深入 ,DCC 由于自身的独特性能必将有更广阔的研究应用前景。参考文献1 Khorana H G1 The chemistry of carbodiimides J 1ChemicalReviews ,1953 ,53 :

17、1451662 陈建村 1DCC 的制备及其在印染等相关领域的应用J 1 印染助剂 ,1997 ,14 (5) :2022(下转第 13 页)孟媛媛等磁场在工业用水缓蚀方面的研究20071Vol121 ,No . 10化工时刊流经过磁处理装置时带电粒子由于受到洛仑兹力的作用 ,促使铁和铁的氧化物转化成 Fe3O4 ,并紧密地覆盖在铁的表面 ,形成薄膜阻隔层 ,使水流与铁完全隔离 ,从而达到防腐阻垢的目的4 。4 结 论磁场对于腐蚀影响的研究尚处于起步阶段 ,磁场对腐蚀的作用规律也尚未得到一致的结论。本次实验针对磁场对工业水的腐蚀情况进行了模拟和研究 , 初步验证了磁场作用对工业水腐蚀的影响情况

18、。通过实验中得到的数据以及其后的实验结果分析得到如下结论:在不同磁场强度下 ,对各种工业水介质进行处理后 ,均有明显缓蚀现象。整体表现规律 ,在磁场强度为 3050 mT和 110170 mT范围内 , 存在着明显的缓蚀区间。这说明在本实验的磁场变化范围内磁场强度对腐蚀的影响是不同的 ,其中在某些磁场强度下会使腐蚀速率增加 ,只有在特定的磁场范围内才有缓蚀的作用。参考文献1 刘卫国 ,刘建东 ,李国富 1 磁处理的防垢除垢机理研究J 1 节能技术 ,2005 ,23 (4) :3123142 张欣 1 磁场水处理装置对管道除锈防腐的机理研究J 1施工、材料与设备 ,1997 , 23 (4)

19、:49513 王红萍 ,许崇武 1 静电场和磁场对碳钢表面结垢和腐蚀的影响J 1 武汉大学学报 ,2002 ,35 (6) :70724 徐楠 ,谢发勤 1 磁场在油田污水管道防腐蚀方面的应用探索J 1 材料导报 ,2005 ,19 (5) 6163(上接第 6 页)3 Stevens C L ,Singhal G A ,Ash A B Carbodiimides dehydrationJ 功能材料 ,2004 ,35 (z1) :26702671 ,2674111114 11透析法制备紫杉醇聚合物胶of ureasJ The Journal of Organic Chemistry 1967

20、 ,32 : 2895王彩霞 ,冯霞 ,徐芳 ,等4 陈芬儿 二环己基碳二亚胺制备方法的改进J 化学束给药系统J 化学工业与工程 ,2007 ,24 (1) :2427试剂 ,1992 ,14 (1) :541115 1,王博 ,等1长链羧酸单分子层膜的制任嗣利 ,杨生荣5 邢其毅 ,裴伟伟 ,徐瑞球 ,等 基础有机化学M北京:备和性能J 材料研究学报 ,2002 ,16 (1) :46501116 1,et al12高等教育出版社 ,2005 ,403404Kubo K,Shimizu T ,Ohyama SNovel potent orally ac6 陈经佳 ,汪朝阳 ,郑绿茵 ,等 D

21、CC 法合成胆甾醇酯J tive selective VEGFR - 2 tyrosine kinase inhibitors :synthesis ,浙江化工 ,2005 ,36 (2) :171912structure - activity relationships ,and antitumor activities of N7 1111111Neelakantan S , PadmasaniR , Seshadri T R New reagents for- phenyl - N- 4 - ( 4 -quinolyloxy) phenyl ureas J the synthesis o

22、f depsidesJ Telrahedron ,1965 ,21 :3531Journal of Medicinal Chemistry ,2005 ,48 :13598 Ktwzer P , ZadehK D Advances in the chemistry of carbodi17 许忻 ,张奕华 ,王未东 2 -(2 ,6 - 二氯苯胺基) 苯乙酸 4imidesJ Chemical Reviews ,1967 ,67 :107- (4 - 苯基 - 1 ,2 ,5 -二唑 - 2 - 氧化物 - 3 - ) 甲氧9 Rich D H , Singh JThe peptides : Analysis , Synthesis ,Biology基苯甲