高效催化劑DMAP的應用簡介

酰化是最常見有機化學反應之一，酰化反應常用的催化劑有吡啶和三乙胺。Litvinenko等人于1967年，發現用4-二甲氨基吡啶 (DMAP) 催化間氯苯胺的苯甲酰化反應，比吡啶做催化劑反應速率約增加104倍-105倍后, 又陸續報道了DMAP用于酰化反應高效催化劑的應用, 因此, 4-二甲氨基吡啶作為一種新型的高效酰化催化劑，引起了越來越多的人們的青睞。除此之外，DMAP對于醚化反應，酯化反應，烷基化反應以及醇的羥基保護反應等眾多反應均有著顯著的催化作用。在分析化學、有機合成、藥物合成、農藥、染料、香料化學、高分子化學等領域，具有廣闊的應用前景。

DMAP被冠以“超級催化劑”的美名, 是因為DMAP作為催化劑，具有反應速度快、反應條件溫和、反應收率高、溶劑選擇范圍廣、催化劑用量少等許多優點[1]。

DMAP作為催化劑, 可應用于下列幾類反應:

1. 酰化反應

DMAP不僅能夠催化簡單反應物的酰化反應，還能夠顯著提高一些高位阻、低活性的醇、酚的酰化反應的反應的速率和收率，DMAP作催化劑可使很多酰化反應的產率達到90%以上，且反應條件溫和，在室溫下即可實現。

2. 酯化反應

羧酸和醇的酯化反應需要在較高的溫度下進行。而在DMAP催化劑作用下，在室溫下即可快速進行。如當氨基酸的酯化反應需在高溫下方可進行，但高溫下易得到消旋化產物，當加入DMAP時，不僅低溫下快速酯化，而且避免了在反應過程中原料和產物的消旋化，大大提高了反應收率。

3. 醇和酚的醚化反應

DMAP還可用來催化醇和酚的醚化反應。

例如以DMAP為催化劑催化醇與三苯甲基氯化物的醚化反應, 收率可提高20%~30%。

以DMAP為催化劑催化酚與碳酸二甲酯的反應, 不僅可避免使用高毒的硫酸二甲酯的使用, 而且反應完全, 除目標產物外, 副產物為CO2、甲醇, 無三廢產生。其反應式如下:

4. 大環化合物的合成

DMAP催化合成某些天然大環化合物, 不僅可以明顯地改善反應條件, 而且產率及產品純度都有明顯提高.

5. 異氰酸酯的反應

羧酸與異氰酸酯的反應，用DMAP催化比用吡啶催化的速度快得多[2]。例如，苯乙酸與苯異氰酸酯在二氯甲烷中于24℃下反應時，用DMAP催化，反應5min，產率可達66%；而用吡啶催化該反應, 反應長達2h, 產率僅為53%。

利用該反應，在氨芐青霉素系列抗菌 素的合成上有廣泛的應用前景。

DMAP在抗腫瘤藥物合成中的應用

藤黃酸 (Gambogic acid) 是傳統中藥藤黃的主要活性成分之一，對多種腫瘤具有抗腫瘤活性，對腫瘤細胞的抑制有非常高的選擇性，且對正常造血系統和免疫功能無明顯影響。但由于藤黃酸在水中的溶解度很小，從而影響了它的藥用價值。苦參堿 (Matrine) 是中藥苦參的主要活性成分之一，對腫瘤細胞具有明顯抑制作用，不但對正常細胞沒有破壞作用，甚至能升高白細胞數、提高機體免疫功能。苦參堿改造后的衍生物還具有較好的水溶性。為此, 侯雪峰、儲著勝等利用藤黃酸和N-芐基苦參醇反應, 在DMAP和1-(3-二甲胺丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽作用下發生酯化反應，合成了N-芐基苦參醇藤黃酸酯。該反應能順利進行，得益于DMAP的催化作用，而且該反應條件溫和，產物收率較高。

維生素E琥珀酸酯[3]，分子式為C33H54O5具有抑制乳腺癌、前列腺癌等多種腫瘤細胞生長，而對正常細胞生長無細胞毒性及抑制作用。鄭燕升、莫倩以DMAP為催化劑，以維生素E和琥珀酸酐為原料合成維生素E琥珀酸酯。合成過程中采用DMAP作為催化劑，其用量少、催化活性高、對設備無腐蝕、對環境無污染、副反應少、生產工藝簡單、可降低成本，是合成維生素E琥珀酸酯的優良催化劑，有較好的工業開發價值和應用前景。

DMAP在抗生素藥物合成中的應用

甲基紅霉素是一種大環內酯消炎抗菌藥，同紅霉素相比，對胃酸更穩定，口服吸收好，血濃度高，達峰值快 (1h~2h)，半衰期長，對革蘭式陽性菌有較強的抗菌作用。故有“黃金胃藥”的美稱。三-O-乙酰化紅霉素衍生物的制備是合成甲基紅霉素的關鍵步驟之一。傳統合成方法是在吡啶及乙酐存在下，在25℃下需反應10天，收率為95.2%。梁婭、高素華等人利用DMAP催化劑，在25℃下攪拌反應24h，催化合成了三-O-乙酰化紅霉素衍生物，收率為95.7%。與傳統方法相比在相同溫度下只需24h, 反應速率提高了10倍。可見用DMAP催化合成三-O-乙酰化紅霉素與傳統方法相比，具有簡單、快速、產率高等優點。

苯甲酰苯巴比妥的化學名稱為1-苯甲酰基-5-乙基-5-苯基巴比妥酸，是鎮靜藥苯巴比妥的前藥，其本身也是抗癲癇藥物[4]。與苯巴比妥相比具有毒性小、副作用小、用量小的特點。采用苯巴比妥銀鹽和苯甲酰氯在無催化劑條件下反應合成苯甲酰苯巴比妥，收率僅為20%。范崇光、馬峰以苯巴比妥、苯甲酰氯為原料，用DMAP作催化劑，三乙胺作為縛酸劑，其他實驗條件相同時，產率為64%，含量99%。

DMAP在除草劑合成上的應用

隨著人們對除草劑要求的提高，需要尋找更優良的合成方法來提高農藥的產率，達到高效生產。因具有低毒、無污染、無殘留等特點，氨基酸酰胺類衍生物逐漸引起人們的密切關注和重視。據相關文獻報道，N-酰基丙氨酸類衍生物具有高效的殺蟲、殺菌和除草等生物活性，因其生物活性廣泛而越來越引起人們的興趣。其中5-芳基-2-呋喃甲酸及其衍生物是具有較高除草活性的基團。為了尋找較高活性的新型農藥的先導化合物，在丙氨酸的N端插入5-鄰氯苯基-2-呋喃甲酸，在其C端連接取代苯胺，采用N,N'-二環己基碳二亞胺 (DCC) 作酰化的脫水劑[5]，用4-二甲氨基吡啶 (DMAP) 作脫水促進劑加快反應速率，合成了10種化合物，初步測得結果表明，該化合物具有一定的除草性。DMAP在其合成過程中作為催化劑，起到催化作用，縮短了反應時間，提高了反應速率。

DMAP在殺菌劑合成上的應用

苯并咪唑及其衍生物是廣泛使用的農用殺菌劑、植物病毒抑制劑、殺真菌劑和驅蟲劑。我國陳洪等人選擇三乙胺作縛酸劑，DMAP作為催化劑，合成了三個苯并咪唑苯氧乙酸乳糖酯化合物。相關實驗結果表明，DMAP/Et3N體系使得產品收率能達到52.7%以上，而且具有降低反應溫度，縮短反應時間的優點，生物活性表明，其抗煙草花葉病毒活性達52.2%。可以看出，與相轉移方法相比，DMAP是一種高效催化劑。

殺螨殺菌劑二硝巴豆酸酯是兩個異構體的混合物，該產品由Rohm&Hass公司開發并商品化生產，產品主要制劑劑型有WP、EC和DF，與內吸性殺菌劑配合使用。2005年美國陶氏化學公司將該產品在歐洲申請登記，其銷售市場主要集中在歐美和中東地區。在二硝巴豆酸酯合成過程中，當反應溫度在30~40℃，與二甲基甲酰胺和三乙胺等催化劑相比，選用4-二甲氨基吡啶做催化劑[6]，反應結果更佳，可使產品含量達到95.4%，產品收率達到85.6%。

DMAP在殺蟲劑合成上的應用

DMAP作為酰化催化劑對酰化反應有著極強的催化作用，在殺蟲劑的合成工藝中得到廣泛的應用。

乙嘧硫磷，由瑞士山道士公司 (Sandoz. A G)于1972年研究開發，主要用于果樹、玉米、蔬菜、苜蓿和馬鈴薯等農作物上，防治雙翅目、半翅目鱗翅目、鞘翅目等害蟲，是一種高效、廣譜、非內吸式觸殺和胃毒的低毒有機磷殺蟲劑[7]。由于其高效、低毒, 非常符合我國農藥工業現狀，市場開展前景廣闊。有關乙嘧硫磷的早期合成報道中，合成路線長，中間步驟多，且關鍵中間體市場無供應，使得其工業化生產困難。在后來的研究中，順利獲得單因子實驗考察了影響乙嘧硫磷收率的因素，得出了合成乙嘧硫磷的較佳工藝條件。合成過程中，當使用4-二甲基氨基吡啶作為催化劑時，與十二烷基芐基氯化銨和四丁基溴化銨等催化劑的催化效果相比，反應收率迅速提高，使得產品收率達到91%，工藝條件下產品純度為74.0%，達到催化效果的最佳效果。4-二甲氨基吡啶的使用，使得乙嘧硫磷的合成達到高效高產。

合成有機磷殺蟲殺螨劑喹硫磷的方法雖然有很多報道，但工業化生產都很困難[8]，原因要么是收率偏低，造成后處理困難，且有大量溶劑損失；要么雖然收率較高, 合成過程中需使用昂貴的溶劑, 工業化生產同樣受到限制。在喹硫磷的合成研究中發現，造成喹硫磷收率偏低的主要原因之一是非極性溶劑回收時喹硫磷的分解，考慮到喹硫磷乳劑的溶劑為二甲苯， 所以著重研究以DMAP為催化劑的合成方法。相關實驗結果表明，該方法反應的周期短，條件溫和，喹硫磷的收率達90%以上。該合成方法不再需要蒸餾溶劑，大大減小了溶劑的損耗及其對環境的污染，并且該合成工藝操作簡單，有效避免了產品在高溫時的分解，降低了生產成本。

隨著酰化反應合成技術的提高，DMAP的使用范圍和使用量也在逐漸增加。由于DMAP在超高效酰化催化劑中具有原料易得、合成簡便、成本較低、毒性較小、無不良氣味、使用方便、催化效果突出、貯存穩定等特點，因而越來越多地用于有機合成反應。現在國內存在的主要問題是

DMAP價格昂貴，在工業上應用效價不高，經濟效益不顯著。因此， 有必要加強其合成技術的研究，以降低生產成本，拓寬用途，擴大其在有機合成上的使用范圍，以滿足化工生產的需要。

參考資料：

[1] 廖聯安，郭奇玲. 4-二甲氨基吡啶的合成及其催化的有機反應 [ J] . 合成化學, 1995, 3(3) : 215

[2] 李英. 介紹一類高效酰化催化劑—二烷基氨基吡啶 [ J]. 化學試劑, 1982, 4(2): 88

[3] 曹廣宏. 4-二甲氨基吡啶的合成及其應用 [ J] . 湖北化工, 1994, 2:16

[4] 楊海康,李文遐等. 4-二甲氨基吡啶合成方法的改進 [ J] . 化學試劑, 1990 , 12(1): 56

[5] 李報慶. 高效酰化催化劑4-二甲氨基吡啶的合成研究 [ J] . 化學世界, 1992 , 8 :344

[6] King H and Ware L L. 4-thiopy ridone and deri ved substances [ J] .J Chem Sot , 1939 , 873

[7] 曾文平, 段湘生, 聶萍等. 嘧啶磷的合成及應用 [ J] .湖南化工, 2000 , 30(2):17

[8] 余天祥,錢永芳等. 催化合成嘧啶氧磷 [ J] .1988 , 27(5): 16