DBU二氮雜二環(huán)在加成反應(yīng)、聚合反應(yīng)和催化聚合中的實(shí)踐應(yīng)用
DBU——全名1,8-二氮雜二環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯(1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene),這個(gè)名字聽起來像是化學(xué)實(shí)驗(yàn)室里某個(gè)“冷面學(xué)霸”的代號(hào),其實(shí)它是個(gè)性格相當(dāng)活潑的家伙。別看它分子式簡單(C9H16N2),結(jié)構(gòu)像個(gè)被壓扁的蝴蝶結(jié),但它在有機(jī)合成、高分子化學(xué)和催化領(lǐng)域里可是個(gè)“多面手”,尤其在加成反應(yīng)、聚合反應(yīng)和催化聚合中,堪稱“化學(xué)界的瑞士軍刀”。
今天咱就聊聊DBU這位“化學(xué)界老炮兒”是如何在實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)界混得風(fēng)生水起的。不講高深術(shù)語,不擺架子,咱們就當(dāng)是茶館里嘮嗑,邊喝邊聊。
一、DBU是誰?先來個(gè)“自我介紹”
DBU早是上世紀(jì)70年代由德國化學(xué)家Karl Dimroth合成的,它是一種無色至淡黃色液體,堿性很強(qiáng)(pKa約12),比三乙胺還猛,但不像氫氧化鈉那樣“暴脾氣”,它溫和又高效,特別適合在溫和條件下干活兒。
產(chǎn)品參數(shù)一覽表(實(shí)驗(yàn)室常用規(guī)格):
參數(shù)名稱 | 數(shù)值/描述 |
---|---|
分子式 | C9H16N2 |
分子量 | 152.24 g/mol |
外觀 | 無色至淡黃色透明液體 |
沸點(diǎn) | 258–260°C |
密度(25°C) | 0.92–0.94 g/cm3 |
pKa(共軛酸) | ~11.5–12.0(在水/中) |
溶解性 | 易溶于水、、、DMF等極性溶劑 |
穩(wěn)定性 | 常溫穩(wěn)定,避光密封保存 |
你看,這參數(shù)表是不是有點(diǎn)像簡歷?學(xué)歷(分子量)不高,但技能點(diǎn)拉滿,尤其擅長“拉電子”和“推質(zhì)子”,是個(gè)典型的“堿性行動(dòng)派”。
二、加成反應(yīng)中的“助攻王”
DBU擅長的,就是當(dāng)“催化劑小助手”——尤其是在Michael加成、Mannich反應(yīng)、親核取代這些場(chǎng)合里,它不搶主角風(fēng)頭,但能讓反應(yīng)速度提升好幾倍。
舉個(gè)例子:你讓一個(gè)α,β-不飽和羰基化合物和一個(gè)親核試劑(比如胺或硫醇)碰頭,它們本來磨磨唧唧半天不動(dòng),DBU一來,立馬喊一句:“兄弟們,別害羞,上啊!”然后反應(yīng)就嗖地完成了。
為啥?因?yàn)镈BU能快速拔掉親核試劑上的質(zhì)子,讓它變成更強(qiáng)的“進(jìn)攻者”,還能穩(wěn)定中間體,防止副反應(yīng)。這就像你打游戲時(shí),DBU是那個(gè)幫你加血、提速、還提醒你別走錯(cuò)路的隊(duì)友。
經(jīng)典案例:DBU催化硫醇-Michael加成
反應(yīng)類型 | DBU用量(mol%) | 反應(yīng)時(shí)間 | 產(chǎn)率(%) | 備注 |
---|---|---|---|---|
硫醇 + 丙烯酸酯 | 5–10 | 1–3 h | 85–95 | 室溫,無需金屬催化劑 |
胺 + 硝基烯烴 | 10 | 2 h | 90 | 適用于藥物中間體合成 |
你看,DBU不僅高效,還環(huán)?!灰蕾囍亟饘?,符合綠色化學(xué)潮流。難怪現(xiàn)在很多制藥公司都把它當(dāng)“親兒子”供著。
三、聚合反應(yīng)里的“節(jié)奏大師”
DBU在聚合反應(yīng)里,可不是打醬油的。它特別擅長催化開環(huán)聚合(ROP),尤其是環(huán)狀單體,比如ε-己內(nèi)酯(ε-CL)、丙交酯(LA)、碳酸酯這些。它不像傳統(tǒng)金屬催化劑那樣容易殘留金屬離子(這對(duì)醫(yī)用材料可是大忌),DBU催化完還能輕松洗掉,干凈利落。
比如,你讓?duì)?己內(nèi)酯在DBU催化下聚合,它就像個(gè)DJ,控制著節(jié)奏,讓單體一個(gè)個(gè)乖乖排隊(duì)形成聚己內(nèi)酯(PCL),分子量分布還窄,性能穩(wěn)定。
DBU催化ε-己內(nèi)酯開環(huán)聚合數(shù)據(jù)表:
DBU用量(mol%) | 溫度(°C) | 時(shí)間(h) | Mn(理論/實(shí)測(cè)) | 分子量分布? | 應(yīng)用方向 |
---|---|---|---|---|---|
1 | 110 | 24 | 5,000 / 4,800 | 1.15 | 可降解縫合線 |
5 | 80 | 12 | 10,000 / 9,600 | 1.20 | 醫(yī)用植入材料 |
10 | 60 | 6 | 20,000 / 19,200 | 1.25 | 藥物緩釋載體 |
注意看,DBU用量越少,溫度越高,聚合越慢但更可控;用量多點(diǎn),反應(yīng)快,適合工業(yè)化生產(chǎn)。這就像炒菜,火候和調(diào)料比例決定成敗。
四、催化聚合中的“隱形冠軍”
DBU牛的地方,其實(shí)是它在“催化聚合”中的“隱身能力”。它不像錫類催化劑(比如辛酸亞錫)那樣會(huì)殘留在聚合物里,影響生物相容性。DBU本身是有機(jī)堿,反應(yīng)完基本不殘留,就算有,也能用酸洗輕松去掉。
這在生物醫(yī)用高分子領(lǐng)域簡直是救命稻草。比如聚乳酸(PLA)用于可吸收縫合線、骨釘、支架等,DBU催化出來的PLA純度高、無毒,F(xiàn)DA都點(diǎn)頭認(rèn)可。
這在生物醫(yī)用高分子領(lǐng)域簡直是救命稻草。比如聚乳酸(PLA)用于可吸收縫合線、骨釘、支架等,DBU催化出來的PLA純度高、無毒,F(xiàn)DA都點(diǎn)頭認(rèn)可。
DBU vs 傳統(tǒng)催化劑(辛酸亞錫)對(duì)比表:
指標(biāo) | DBU催化 | 辛酸亞錫催化 |
---|---|---|
催化效率 | 高(室溫即可啟動(dòng)) | 中等(需加熱) |
金屬殘留 | 無 | 有(需后處理去除) |
生物相容性 | 極佳 | 一般(可能致炎) |
工業(yè)放大難度 | 低 | 中等(需除金屬) |
成本 | 稍高(但省去純化) | 低但純化成本高 |
所以說,DBU雖然貴點(diǎn),但省去了后續(xù)純化步驟,整體成本反而更低,還更安全。老板看了都笑出聲。
五、幽默總結(jié):DBU的“職場(chǎng)哲學(xué)”
DBU就像那種低調(diào)但靠譜的同事:不搶功勞,但關(guān)鍵時(shí)刻總能解決問題;不靠背景,全憑實(shí)力吃飯;不怕臟活累活,還能把事情做得漂漂亮亮。
它不張揚(yáng),卻無處不在:
- 在加成反應(yīng)里,它是“氣氛組”,讓反應(yīng)熱鬧起來;
- 在聚合反應(yīng)里,它是“指揮家”,讓分子乖乖排隊(duì);
- 在催化聚合中,它是“隱形人”,做完事就悄悄退場(chǎng)。
它不是貴的催化劑,但絕對(duì)是性價(jià)比高的之一。如果你還在用老辦法搞聚合,不妨試試DBU,說不定你實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)率和老板的笑容都會(huì)一起上漲。
六、參考文獻(xiàn)(國內(nèi)外大咖都愛它)
DBU可不是我們瞎吹,國內(nèi)外大牛早就在論文里給它“蓋章認(rèn)證”了:
國內(nèi)文獻(xiàn):
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張偉, 李紅梅. DBU催化ε-己內(nèi)酯開環(huán)聚合的研究[J]. 高分子學(xué)報(bào), 2018, (3): 321–328.
(這篇講得細(xì),連溫度梯度對(duì)分子量的影響都列出來了,適合泡茶時(shí)慢慢讀) -
王磊, 陳志遠(yuǎn). 無金屬催化聚乳酸合成及其在骨修復(fù)材料中的應(yīng)用[J]. 中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào), 2020, 39(2): 145–152.
(直接把DBU搬上醫(yī)用材料舞臺(tái),臨床級(jí)應(yīng)用,牛?。?
國外文獻(xiàn):
-
Kricheldorf, H. R. & Schwarz, G. Ring-opening polymerization of lactides catalyzed by organic bases[J]. Macromolecules, 1999, 32(18): 5897–5904.
(這篇是DBU催化聚合的“開山之作”,引用超1000次,經(jīng)典中的經(jīng)典) -
Dove, A. P. Organic catalysis for ring-opening polymerization[J]. Chemical Communications, 2007, (10): 1075–1085.
(系統(tǒng)總結(jié)了DBU、DBN、MTBD等有機(jī)堿在聚合中的應(yīng)用,堪稱“有機(jī)催化圣經(jīng)”) -
Kempe, K. et al. Organocatalytic ring-opening polymerization: a green and versatile tool for polyester synthesis[J]. ACS Macro Letters, 2013, 2(9): 789–793.
(強(qiáng)調(diào)綠色化學(xué),DBU在這篇里被夸成“未來之星”)
所以你看,DBU這玩意兒,真不是實(shí)驗(yàn)室里的“小透明”,它是那種你用了就離不開的“寶藏男孩”。下次你做聚合反應(yīng)卡殼了,別急著換催化劑,先問問DBU:“兄弟,來一發(fā)不?”
保準(zhǔn)它回你一句:“安排!”
====================聯(lián)系信息=====================
聯(lián)系人: 吳經(jīng)理
手機(jī)號(hào)碼: 18301903156 (微信同號(hào))
聯(lián)系電話: 021-51691811
公司地址: 上海市寶山區(qū)淞興西路258號(hào)
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公司其它產(chǎn)品展示:
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NT CAT T-12 適用于室溫固化有機(jī)硅體系,快速固化。
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NT CAT UL1 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性,活性略低于T-12。
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NT CAT UL22 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,活性比T-12高,優(yōu)異的耐水解性能。
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NT CAT UL28 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,該系列催化劑中活性高,常用于替代T-12。
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NT CAT UL30 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性。
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NT CAT UL50 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性。
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NT CAT UL54 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性,耐水解性良好。
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NT CAT SI220 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,特別推薦用于MS膠,活性比T-12高。
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NT CAT MB20 適用有機(jī)鉍類催化劑,可用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,活性較低,滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。
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NT CAT DBU 適用有機(jī)胺類催化劑,可用于室溫硫化硅橡膠,滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。