二碳酸二叔丁酯的工业制备与化学应用

发布日期:2024/4/22 9:05:58

二碳酸二叔丁酯，英文名为Ditert-butyl dicarbonate，常用的化学缩写为(Boc)2O，常温常压下为无色透明液体，它属于低熔点固体，当环境稳定较低时会呈现出固体状态，易溶于四氢呋喃、正己烷、苯和三氯甲烷等有机溶剂但是微溶于水。二碳酸二叔丁酯是一种常见的氨基保护剂，在有机合成中用来引入叔丁氧羰基( BOC) 保护剂，特别适用于氨基酸的氨基保护，广泛应用于医药、蛋白质及多肽合成、生物化学、食品、化妆品等多种产品的制备。

二碳酸二叔丁酯的性状图

图1 二碳酸二叔丁酯的性状图

理化性质

二碳酸二叔丁酯具有低挥发性和良好的溶解性，可溶于众多有机溶剂，如醇、醚和酮。该物质是一种稳定的酯类化合物，不容易分解或发生反应。它相对惰性，并在常见的有机条件下不易水解。然而，通过适当的催化剂和条件，如酸催化或碱催化，可以将其水解为碳酸气体和叔丁醇。二碳酸二叔丁酯是一种较为稳定的酸酐类化合物，具有较高的化学反应活性，它可高效地与有机胺类化合物发生缩合反应得到氨基被保护的衍生物，在有机化学反应中它常作为胺、酚、硫醇、酰胺、内酰胺、氨基甲酸酯等底物的叔丁氧羰基化试剂，该反应速率很快，产率也比较高。值得说明的是脂肪胺、脂环胺、芳香胺以及杂环胺类均能够与(Boc)反应。

水解反应

二碳酸二叔丁酯可以通过酸催化或碱催化反应，水解为碳酸气体和叔丁醇。水解通常需要较高的温度和反应时间。

保护氨基

二碳酸二叔丁酯保护氨基的反应

图2 二碳酸二叔丁酯保护氨基的反应

在一个干燥的反应烧瓶中将苯胺(0.911 mL, 10.0 mmol)和二碳酸二叔丁酯(2.34 mL, 10.2 mmol)溶液在干燥的四氢呋喃 (5.0 mL)中于室温下搅拌反应大约1 h。反应结束后将所得反应混合物直接在真空下进行浓缩得到N-叔丁基羰基苯胺 (2.03 g，定量)为无色晶体。 [1]

工业制备

常用的二碳酸二叔丁酯为70%的甲苯或四氢呋喃溶液，工业制取方法主要有两种：中国和印度的化工企业多用叔丁醇、二氧化碳和光气在DABCO（碱）作用下反应制取二碳酸二叔丁酯。欧洲和日本的化工企业多用叔丁醇钠和二氧化碳在对甲苯磺酸或甲磺酸催化下反应制取，值得说明的是后者方法得到的产品较纯。[2]

优势

二碳酸二叔丁酯作为氨基保护基团，具有多种优势例如价格便宜，无强烈刺激性味道，对人体无毒害作用，但对直接接触皮肤好可引起皮肤过敏，可用水冲洗。此外，采用二碳酸二叔丁酯合成多肽时，该保护基因的脱除条件温和且反应好产物的分离提纯较之使用其他类型的氨基酸保护剂容易。

化学应用

二碳酸二叔丁酯在有机合成中用来引入叔丁氧羰基保护基团，特别运用于氨基酸的氨基保护，广泛应用于医药，蛋白质及多肽合成，生物化学食品，化妆品等多种产品的合成中。二碳酸二叔丁酯常用作塑化剂、润滑剂和溶剂。它可以增加聚合物的柔软性和延展性，改善聚合物的可加工性。此外，它还可用作合成香料、调味剂和柔软剂等化学品的中间体。需要注意的是，使用该物质时应了解其化学性质和适用条件，并遵循正确的操作和安全规范。同时，在处理废弃物时，应遵守相关的环保法规，确保对环境没有负面影响。由于二碳酸二叔丁酯的高溶解性和低毒性，它常被用作聚合物的增塑剂，它可以提高聚合物的柔软度、延展性和耐寒性，常用于制备柔软的塑料制品和橡胶制品。二碳酸二叔丁酯具有较低的表面张力和良好的润滑性能，因此常用作润滑剂添加剂。它可以减少摩擦和磨损，提高材料的流动性和加工性能，在塑料、橡胶和金属加工等领域得到广泛应用。