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为什么m-CPBA和DMF混用会有潜在的危险性? 1

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DMF是有机合成中使用最广泛的溶剂之一,被称为万能溶剂。然而,前不久我们分享了使用DMF作为溶剂时,NaH会有爆炸的风险,而m-CPBA和DMF搭配使用也存在潜在的危险性。m-CPBA是一种常用的有机氧化剂,相对来说比较安全。然而,化学领域充满了未知。今天我们分享的一篇文献报道的事故与m-CPBA和DMF的混用有关,并且与下面的化学转化有直接关系。

来自日本的Fujisawa制药公司的合成人员使用m-CPBA和DMF作为溶剂进行硫氧化为亚砜的中试规模实验。合成人员首先将6.3L DMF和11.0 kg m-CPBA混合在一起,并搅拌2个小时。然后体系中出现了不溶物,经过过滤得到澄清溶液,并将其加入到有机反应液中。在滴加过程进行到1个小时时,m-CPBA的DMF溶液突然升温,并伴随着气体放出,接着发生了爆炸。本文作者(Org. Proc. Res. Dev.)将反应过程简单描述如下图所示。

合成人员随后对这起事故进行了原因的调查。他们猜测可能是不溶物导致的,而这个不溶物正是m-CBPO。这个不溶物可能来自原料m-CPBA中的杂质,也可能是在反应体系中逐渐生成的。作者进行了一系列的实验来验证这个猜测。作者发现原料m-CPBA中的m-CBPO含量只有0.2%。此外,DTA和IST实验证实,m-CPBA在89度下融化,在小于97度的条件下是稳定的。作者还对m-CPBA的DMF溶液进行了DTA研究,结果显示m-CPBA的分解温度是83度。以上实验表明,DMF可能在很大程度上影响了m-CPBA的分解温度临界点。因此,作者认为DMF溶剂在这起事故中发挥着重要的角色。

作者还发现随着温度的升高,m-CBPO的含量显著增加。DTA研究显示,当温度达到大于125度时,可预见非常严重的爆炸会发生。

作者进行了m-CPBA的DMF溶液的ARC研究、浓度研究以及m-CPBA和m-CPBO的混合稳定性研究。最终得出的结论是,m-CPBA的DMF溶液从26度升到70度需要185分钟,然后在几分钟内迅速升温到200度。此外,浓度越高的m-CPBA的DMF溶液升温越快。m-CPBA和m-CPBO的混合实验显示,刚开始升温较慢,但仅仅95分钟后,就会出现尖锐的升温现象。

综上所述,本文作者给出了爆炸发生的大致过程。首先是m-CPBO的形成导致温度升高,然后大量的m-CPBO在高温下引起爆炸。最终作者使用二氯甲烷DCM作为溶剂成功解决了这个问题。DTA实验显示,使用二氯甲烷作为溶剂,随着时间的推移没有放热现象。

实验千万条,安全第一条!虽然DMSO和DMF作为强极性溶剂对有机物的溶解度很好,但也是一把双刃剑!

参考文献

1. Organic Process Research & Development 2004, 8, 1076-1078

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