N,N-二乙基甲酰胺(英文名:N,N-Diethylformamide),縮寫為DEF,化學式為C5H11NO,為無色透明的液體,具有與N,N-二甲基甲酰胺(DMF)相似的物化性質。
N,N-二乙基甲酰胺由氮(N)原子與兩個乙基(CH2-CH3)相連,并通過單鍵與甲酰基(CHO)相連。它是一種極性有機溶劑,可與水,醇,醚,酯及芳香族化合物等混溶,且溶解性很強。N,N-二乙基甲酰胺的熔點與沸點均為176-177℃,其密度在25℃下為0.908g/mL。
N,N-二乙基甲酰胺在工業上常用作溶劑、萃取劑,是合成品體的優良溶劑,金屬有機骨架材料的合成溶劑,新型吸收制冷工質對(R22-DEF)的溶劑,高效鋰離子電池的溶劑等,由于毒副作用遠小于DMF,DEF常可取代N,N-二甲基甲酰胺(DMF);以及有機合成過程中可作為中間體,如在藥物反丁烯二酸替硫福韋合成時作基團保護試劑等。另外,DEF在纖維合成領域、醫藥合成領域也具有潛在的應用價值。
N,N-二乙基甲酰胺是易燃物和刺激物,容易造成皮膚刺激和嚴重眼刺激,并可引起呼吸道刺激。
化學結構
(其中紅色球體為氧原子、灰色球體為碳、白色球體為氫原子,藍色球體為氮)
N,N-二乙基甲酰胺由氮(N)原子與兩個乙基(CH2-CH3)相連,并通過單鍵與甲酰基(CHO)相連。此結構賦予N,N-二乙基甲酰胺為有機酰胺化合物。N,N-二乙基甲酰胺由5個碳原子、11個氫原子、1個氮原子和1個氧原子組成,其主要官能團為酰胺基(-CONH-),其中氮原子與羰基(C=O)相連,通過單鍵與兩個乙基相連。
物理性質
N,N-二乙基甲酰胺是一種極性有機溶劑,可與水,醇,醚,酯及芳香族化合物等混溶,且溶解性很強,能夠溶解多種有機聚合物如聚丙腈、PVC、烏拉坦預聚物、聚乙烯醇縮甲醛、偏氯乙烯氯乙共聚物,聚酰亞胺等有機高分子化合物聚合物。N,N-二乙基甲酰胺的熔點與沸點均為176-177℃,其密度在25℃下為0.908g/mL。此外,N,N-二乙基甲酰胺的折射率為1.434(在20℃下測定),閃點為141℃。
制備方法
N,N-二乙基甲酰胺(DEF)在工業生產中具有廣泛的用途,然而關于其合成方法的文獻報道卻很少,且在中國國內還沒有成熟的生產裝置。
Min Lei等人在文獻《A convenient one-pot synthesis of formamide derivativesusing thiamine hydrochloride as anovel catalyst》中研究了鹽酸硫胺素(維生素)催化二萃取變更劑與甲酸的酰胺化反應,并嘗試分析了其反應的機理。催化劑鹽酸硫胺素便宜、無毒、穩定且可重復使用,反應條件溫和,收率高,為甲酰胺反應開辟了新途徑。
Bahador Karami等人在乙醇為溶劑,硫酸鉬(MSA)為催化劑的條件下,研究了原甲酸酯與胺類反應,并對其反應機制進行了分析。
王傳良在CN201210550639.8的專利上報道了一種N,N-二乙基甲酰胺的制備方法:在反應釜內加入原料乙二胺和酰化劑甲酸甲酯(摩爾比為1:(1~1.3))在常壓的條件下,不使用催化劑就可以得到高品質、高轉化率的N,N-二乙基甲酰胺。此方法工藝簡單、裝置安全可靠且生產成本較低,但反應時間較長,且乙二胺反應不徹底增加分離能耗。
2014年,宋國全等人通過在反應器內裝填非均相化劑,化乙二胺與甲酸甲酯的酯胺化反應,再精制得N,N-二乙基甲酰胺,此反應可連續生產,乙二胺與甲酸甲酯的摩爾比較低、轉化率高,且消耗的物料少收率高使成本大幅度降低。
之后,張曉陽等人在反應釜內,控制一定的溫度和壓力,催化乙二胺與甲酸甲酯,液相合成了N,N-二乙基甲酰胺,精餾后純度可達99.9%。該方法制取的N,N-二乙基甲酰胺純度高、鐵離子含量低,無污染、催化劑可重復使用。
Lei Zhang等人利用自制的釕催化劑催化胺類、H2與CO2的N-甲酰化反應,甲酰胺的收率和選擇性都較高且反應條件溫和,然而甲酰化及氫化反應的機理需要進一步的研究。
2017年,北京化工大學碩士研究生任宇環在其偏導數吳慧雄、任格勇的指導下,分別以堿性催化劑甲醇鈉和乙醇鈉為催化劑,采用一步合成法對二乙胺與CO的氫化甲酰化反應制備 N,N-二乙基甲酰胺進行了研究。氣相分析結果表明:甲醇鈉和乙醇鈉均能提高NN-二乙基甲酰胺的合成率,其中以乙醇鈉的催化效果更佳。以乙醇鈉為催化劑,通過改變溫度、壓力、反應時間、催化劑用量等實驗條件來研究 N,N-二乙基甲酰胺最佳合成方案,同時對反應機理進行分析研究。實驗結果顯示:當采用3w%乙醇鈉為催化劑,壓力和溫度分別為2.5MPa和80℃時,反應為30分鐘二乙胺幾乎全部反應,N,N-二乙基甲酰胺的選擇性也達到99.78%。在參考N,N-二甲基甲酰胺合成裝置的基礎上,設計出符合NN二乙基甲酰胺生產的設備流程,并對相關工藝條件進行試驗調試,同時結合生產實踐在原料、工藝條件、裝置設備等方面對NN-二乙基甲酰胺生產的流程進行了改造。結果表明:在原有DMF生產裝置上通過改造設計出的DEF裝置,降低了設備投資和成本投入,適合大規模連續化生產。并且此生產工藝流程采用的原料價格低廉,節省能源,提高了產品收率,產品純度高達99%以上。
應用領域
在工業上常用作溶劑、萃取劑,是合成品體的優良溶劑,金屬有機骨架材料的合成溶劑,新型吸收制冷工質對(R22-DEF)的溶劑,高效鋰離子電池的溶劑等,如在液晶屏幕面板生產中作為清洗劑,在除油漆時作為脫漆劑及某些顏料的溶解劑等,由于毒副作用遠小于DMF,DEF常可取代N,N-二甲基甲酰胺(DMF);以及有機合成過程中可作為中間體,如在藥物反丁烯二酸替硫福韋合成時作基團保護試劑等。另外,DEF在纖維合成領域、醫藥合成領域也具有潛在的應用價值。
行業發展
試劑級別的N,N-二乙基甲酰胺可從工業級的提純得到,市場價值較高100ml的N,N-二乙基甲酰胺試劑價格為1000-1200元,并且N,N-二乙基甲酰胺合成新型避蚊胺如N,N-二乙基間甲苯甲酰胺的起始原料,其售價可達到7萬-8萬元/噸。截至2017年,中國國內對DEF的需求量并不很大,因此中國國內生產DEF的企業并不多,生產DEF的企業匯總如下:
安全事宜
危險性
GHS分類:
H226(81.1%):甲類液體和蒸氣[易燃液體]
H315(83%):造成皮膚刺激[皮膚腐蝕/刺激]
H319(96.2%):造成嚴重眼部刺激[嚴重眼損傷/眼部刺激]
H335(81.1%):可能造成呼吸道刺激[特定目標器官毒性,單次接觸;呼吸道刺激]
健康危害
N,N-二乙基甲酰胺容易造成皮膚刺激和嚴重眼刺激,并可引起呼吸道刺激。
儲存運輸
存儲
N,N-二乙基甲酰胺儲存時需注意將物品存放于陰涼、通風的庫房,庫溫不宜超過37°C,應與氧化劑、食用化學品分開存放且嚴禁混儲,同時保持容器密封,遠離火種、熱源,庫房必須安裝避雷設備,排風系統應設有導除靜電的接地裝置,采用防爆型照明、通風設施,禁止使用易產生火花的設備和工具,儲區還應備有泄漏應急處理設備和合適的收容材料。
運輸
N,N-二乙基甲酰胺的包裝方法需按照生產商推薦進行,如開口鋼、安瓶外普通木箱,螺紋口玻璃瓶、鐵蓋壓口玻璃瓶、塑料瓶或金屬桶(罐)外普通木箱等,且該物品不屬于海洋污染物。運輸時,運輸車輛要配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備,嚴禁與氧化劑、食用化學品等混裝混運,裝運車輛排氣管須配備阻火裝置,使用槽(罐)車運輸要有接地鏈且槽內可設孔隔板減少震蕩產生靜電,禁止使用易產生火花的機械設備和工具裝卸,夏季最好早晚運輸,運輸途中需防暴曬、雨淋、高溫,中途停留應遠離火種、熱源、高溫區,公路運輸要按規定路線行駛且不在居民區和人口稠密區停留,鐵路運輸禁止溜放,嚴禁用木船、水泥船散裝運輸,運輸工具上應根據相關運輸要求張貼危險標志、公告。
急救措施
若發生吸入N,N-二乙基甲酰胺情況,應將患者移到新鮮空氣處;皮膚接觸時,需脫去污染的衣著,用肥皂水和清水徹底沖洗皮膚,若有不適感則就醫;眼睛接觸后,要分開眼瞼,用流動清水或生理鹽水沖洗并立即就醫;食入時,先漱口,禁止催吐并立即就醫。對于保護施救者的忠告為,將患者轉移到安全的場所并咨詢醫生,同時出示廠商化學品安全技術說明書給現場醫生查看。
消防措施
N,N-二乙基甲酰胺屬易燃物,若發生火情,滅火劑可選用水霧、干粉、泡沫或二氧化碳滅火劑,需避免使用直流水滅火,因為直流水可能致使可燃性液體飛濺從而使火勢擴散。特別危險性米姓資料。滅火時,消防人員須佩戴攜氣式呼吸器,身著全身消防服,于上風向進行滅火操作,盡可能把容器從火場轉移至空曠處;若處在火場中的容器已變色或安全泄壓裝置發出聲音,必須即刻撤離;要隔離事故現場,禁止無關人員進入;同時,需收容和處理消防水,防止對環境造成污染。
泄露應急處理
若N,N-二乙基甲酰胺發生泄漏,作業人員應采取相應防護措施,建議應急處理人員戴攜氣式呼吸器、穿防靜電服、戴橡膠耐油手套,禁止接觸或跨越泄漏物,作業時所有設備應接地,盡可能切斷泄漏源并消除所有點火源,根據液體流動、蒸汽或粉塵擴散影響區域劃定警戒區,無關人員從側風、上風向撤離至安全區。在環境保護方面,要收容泄漏物以避免污染環境,防止其進入下水道、地表水和地下水。對于泄漏化學品的收容、清除方法及處置材料,小量泄漏時盡可能收集在可密閉容器中,用沙土、活性炭或其他惰性材料吸收并轉移至安全場所,禁止沖入下水道;大量泄漏時構筑圍堤或挖坑收容,封閉排水管道,用泡沫覆蓋抑制蒸發,用防爆泵轉移至槽車或專用收集器內,回收或運至廢物處理場所處置。
參考資料 >
N,N-Diethylformamide.PubChem.2024-11-21