Диазометан — органическое химическое соединение с формулой CH2N2 , открытое немецким химиком Гансом фон Пехманном в 1894 году. Это простейшее диазосоединение . В чистом виде при комнатной температуре это чрезвычайно чувствительный взрывоопасный желтый газ ; таким образом, он почти повсеместно используется в виде раствора в диэтиловом эфире . Соединение является популярным метилирующим агентом в лаборатории, но оно слишком опасно для использования в промышленных масштабах без специальных мер предосторожности. [4] Использование диазометана было значительно сокращено за счет введения более безопасного и эквивалентного реагента триметилсилилдиазометана . [5]
Использовать
Для безопасности и удобства диазометан всегда готовят по мере необходимости в виде раствора в эфире и используют как таковой. Он преобразует карбоновые кислоты в метиловые эфиры, а фенолы — в их метиловые эфиры . Предполагается, что реакция протекает посредством переноса протона от карбоновой кислоты к диазометану с образованием катиона метилдиазония , который реагирует с ионом карбоксилата с образованием метилового эфира и газообразного азота. Исследования по маркировке показывают, что начальный перенос протона происходит быстрее, чем этап переноса метила. [6] Поскольку для протекания реакции необходим перенос протона, эта реакция является селективной для более кислых карбоновых кислот (p K a ~ 5) и фенолов (p K a ~ 10) по сравнению с алифатическими спиртами (p K a ~ 15). [7]
Для лабораторного производства диазометана было разработано множество различных путей. [10] В общем, синтез всех этих веществ включает добавление метиламина к электронодефицитным видам перед обработкой нитритом и минеральной кислотой ( азотистой кислотой ) для образования N -метилнитрозамида. Диазометан получают путем гидролиза эфирного раствора этих N -метилнитрозамидов с водным основанием. Вот несколько примеров:
N -нитрозо- N -метилмочевина (НММ) [11] [12] оригинальный предшественник, впервые описанный Гансом фон Пехманном в 1894 году, и исторически один из самых популярных вариантов. [13] [14] Его популярность постепенно снижалась из-за его нестабильности при температуре выше 20 °C и некоторой чувствительности к ударам .
N- нитрозо-β-метиламиноизобутилметилкетон (Liquizald), еще один ранний предшественник, который используется и в настоящее время. [10] [15]
N , N' - диметил- N , N' - динитрозотерефталамид (ДМДМТ) [16]
Распространенные пути получения диазометана: Диазальд (вверху), МННГ (внизу)
Диазометан реагирует с щелочными растворами D2O , образуя дейтерированное производное CD2N2 . [ 20 ] Это можно использовать для исследований изотопной маркировки .
Промышленное использование
Легкость, с которой диазометан взрывается, делает его слишком опасным для обращения с ним в больших количествах. Несмотря на это, его можно использовать в промышленных масштабах с использованием химии потока по требованию . В этих процессах скорость производства соответствует скорости потребления, так что количество диазометана, присутствующего в любой момент времени, очень мало. [21] [4]
Диазометан является как изомерным, так и изоэлектронным с более стабильным цианамидом , но они не взаимопревращаются. Было получено много замещенных производных диазометана:
Очень стабильный (CF 3 ) 2 CN 2 (2-диазо-1,1,1,3,3,3-гексафторпропан; т. кип. 12–13 °C), [22]
(CH 3 ) 3 SiCHN 2 ( триметилсилилдиазометан ), который коммерчески доступен в виде раствора и так же эффективен, как CH 2 N 2 для метилирования. [24]
PhC(H)N 2 , красная жидкость, т. кип. < 25 °C при 0,1 мм рт. ст. [25]
Безопасность
Диазометан токсичен при вдыхании или при контакте с кожей или глазами (ПДК 0,2 ppm). Симптомы включают дискомфорт в груди, головную боль, слабость и, в тяжелых случаях, коллапс. [26] Симптомы могут быть отсроченными. Сообщалось о случаях смерти от отравления диазометаном. В одном случае сотрудник лаборатории съел гамбургер возле вытяжного шкафа, где он генерировал большое количество диазометана, и умер через четыре дня от молниеносной пневмонии. [27] Как и любой другой алкилирующий агент, он, как ожидается, является канцерогенным, но такие опасения затмеваются его серьезной острой токсичностью.
CH 2 N 2 может взорваться при контакте с острыми краями, такими как шлифованные стеклянные швы, даже царапины на стеклянной посуде. [28] Стеклянную посуду следует осматривать перед использованием, а подготовку следует проводить за взрывозащитным экраном. Специализированные наборы для подготовки диазометана с пламенно-полированными швами имеются в продаже.
Соединение взрывается при нагревании свыше 100 °C, воздействии интенсивного света, щелочных металлов или сульфата кальция. При использовании этого соединения настоятельно рекомендуется использовать взрывозащитный экран.
Была проведена работа по проверке концепции с использованием микрофлюидики , в которой непрерывный синтез в точке использования из N -метил- N -нитрозомочевины и 0,93 М гидроксида калия в воде сопровождался конверсией в точке использования с бензойной кислотой , что привело к выходу 65% метилбензоатного эфира в течение нескольких секунд при температурах от 0 до 50 °C. Выход был лучше, чем в капиллярных условиях; микрофлюидике приписывали «подавление горячих точек, низкую задержку, изотермические условия и интенсивное перемешивание». [29]
Изомеры
Стабильное соединение цианамид , чей второстепенный таутомер — карбодиимид , является изомером диазометана. Менее стабильные, но все еще изолируемые изомеры диазометана включают циклический 3 H -диазирин и изоцианоамин ( изодиазометан ). [30] [31] Кроме того, родительский нитрилимин наблюдался в условиях матричной изоляции. [32]
^ "Диазометан". Концентрации, представляющие немедленную опасность для жизни или здоровья (IDLH) . Национальный институт охраны труда (NIOSH).
^ abc Proctor, Lee D.; Warr, Anthony J. (ноябрь 2002 г.). «Разработка непрерывного процесса промышленного производства диазометана». Organic Process Research & Development . 6 (6): 884–892. doi :10.1021/op020049k.
^ Шиоири, Такаюки; Аояма, Тоёхико; Сноуден, Тимоти (2001). "Триметилсилилдиазометан". Энциклопедия реагентов для органического синтеза . Энциклопедия реагентов для органического синтеза e-EROS . doi :10.1002/047084289X.rt298.pub2. ISBN0471936235.
^ Ван дер Мерве, К. Дж.; Стайн, П. С.; Эггерс, С. Х. (январь 1964 г.). «Простая подготовка дейтерированных O-метильных групп для масс-спектрометрии». Tetrahedron Letters . 5 (52): 3923–3925. doi :10.1016/S0040-4039(01)89341-2.
^ Клейден, Джонатан. (2012). Органическая химия. Гривз, Ник., Уоррен, Стюарт Г. (2-е изд.). Оксфорд: Oxford University Press. ISBN978-0-19-927029-3. OCLC 761379371.
^ Бюхнер, Э.; Курциус, Т. (1885). «Синтез кетоновых кислот из альдегиденов и диазоэссигэтеров». Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 18 (2): 2371–2377. дои : 10.1002/cber.188501802118.
^ Шлоттербек, Ф. (1907). «Превращение альдегидов и кетонов через диазометан». Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 40 : 479–483. дои : 10.1002/cber.19070400179.
^ ab Хорват-Гербер, Филипп; Олиг, Доминик; Хий, Кинг Куок Мими; Дэдман, Бенджамин; Аттрилл, Робин П.; Хеллгардт, Клаус (16 февраля 2024 г.). "Liquizald─Thermalally Stable N-Nitrosamine Precursor for Diazomethane". Organic Process Research & Development . 28 (2): 597–608. doi : 10.1021/acs.oprd.3c00456 .
^ Пехманн, HV (май 1894 г.). «Уэбер Диазометан». Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 27 (2): 1888–1891. дои : 10.1002/cber.189402702141.
^ против Пехманна, Х. (январь 1895 г.). «Уэбер Диазометан». Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 28 (1): 855–861. дои : 10.1002/cber.189502801189.
^ PG Gassman & WJ Greenlee (1988). "Дидейтеродиазометан". Органические синтезы; Собрание томов , т. 6, стр. 432.
^ Ян, Хонгвэй; Мартин, Бенджамин; Шенкель, Бертольд (20 апреля 2018 г.). «Генерация и потребление диазометана по требованию в многоступенчатых системах непрерывного потока». Organic Process Research & Development . 22 (4): 446–456. doi :10.1021/acs.oprd.7b00302.
^ Миддлтон, У. Дж.; Гейл, Д. М. (1970). «Бис(трифторметил)диазометан». Органические синтезы . 50 : 6. doi :10.15227/orgsyn.050.0006.
^ LI Smith; KL Howard (1955). "Дифенилдиазометан". Органические синтезы; Собрание томов , т. 3, стр. 351.
^ T. Shioiri; T. Aoyama; S. Mori. «Триметилсилилдиазометан». Органические синтезы; Собрание томов , т. 8, стр. 612.
^ X. Creary (1990). "Пиролиз солей тозилгидразона: Фенидиазометаны". Органические синтезы; Собрание томов , т. 7, стр. 438.
^ Мьюир, Г. Д. (ред.) 1971, Опасности в химической лаборатории , Королевский институт химии, Лондон.
^ ЛеВинн, Э.Б. «Отравление диазометаном: сообщение о смертельном случае со вскрытием», Американский журнал медицинских наук , 1949, 218, 556-562.
^ de Boer, Th. J.; Backer, HJ (1956). "ДИАЗОМЕТАН". Органические синтезы . 36 : 16. doi :10.15227/orgsyn.036.0016.
^ Владимир Решетиловский (2013-09-13). Микрореакторы в препаративной химии: практические аспекты в биообработке, нанотехнологии, катализе и многом другом. Wiley. стр. 6–15. ISBN9783527652914.
^ Ансельм, Ж.-П. (1977-05-01). "Повторный взгляд на изодиазометан. N-аминоизонитрилы". Журнал химического образования . 54 (5): 296. Bibcode : 1977JChEd..54..296A. doi : 10.1021/ed054p296. ISSN 0021-9584.
^ Ансельм, Дж. П. (1966-11-01). «Химия изодиазометана». Журнал химического образования . 43 (11): 596. Bibcode : 1966JChEd..43..596A. doi : 10.1021/ed043p596. ISSN 0021-9584.
^ Комплексные органические функциональные преобразования групп II . Katritzky, Alan R., Taylor, Richard JK (1-е изд.). Амстердам: Elsevier. 2005. ISBN9780080523477. OCLC 213375246.{{cite book}}: CS1 maint: others (link)
Внешние ссылки
На Викискладе есть медиафайлы по теме Диазометан .
Паспорт безопасности диазометана
CDC - Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям
Технический бюллетень Sigmaaldrich (PDF)
Применение диазометана Sigma-Aldrich и коммерческая доступность прекурсора (Диазальда)
Идентификация артефактов (побочных продуктов) в реакциях диазометана и триметилсилилдиазометана
