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雖然DMF很常用，但許多人可能并不完全了解DMF的性質(zhì)。此前我們報道了DMF與NaH使用時存在爆炸風險，詳見：NaH使用DMF溶劑會有危險?但其實，DMF與包括酸，堿，鹵化試劑，氧化劑和還原劑等多種類型的物質(zhì)并不兼容，如果不注意極有可能引發(fā)安全事故。近日美國化學會（ACS）旗下的Organic Process Research & Development期刊再次發(fā)表了關于DMF的安全性綜述，提醒有機化學工作者注意DMF的潛在危害。
N，N-二甲基甲酰胺（DMF）（CAS號68-12-2，沸點153°C）是一種透明的無色液體，帶有淡淡的胺味，因其可溶解大部分有機和無機物質(zhì)而經(jīng)常用作極性非質(zhì)子溶劑，并廣泛地用作各種化學轉(zhuǎn)化的催化劑和合成許多官能團的供體。DMF在環(huán)境溫度下穩(wěn)定，但在接近其沸點153℃時會經(jīng)歷緩慢的脫羰基以釋放Me2NH和CO，因此，DMF的蒸餾通常在減壓、低于其沸點的較低溫度下進行。
DMF可作為有機合成中的多功能砌塊。
DMF在酸的存在下水解得到Me2NH和甲酸（HCO2H），可以作為“原位”制備Me2NH的一種途徑以實現(xiàn)多種化學轉(zhuǎn)化。但是，在酸（尤其是強酸）存在下，DMF的水解會很危險，因為水解產(chǎn)物HCO2H會進一步分解，釋放出不可冷凝的氣體，例如CO，二氧化碳（CO2），H2等。如果反應系統(tǒng)未正確排氣和惰性化，可能會導致反應堆過壓甚至著火，從而大大增加危險的嚴重性。三氧化硫（SO3）-DMF復合物已被廣泛用作磺化試劑并已用于大規(guī)模的N-硫酸鹽化。但是，據(jù)報道，一瓶SO3-DMF復合物在儲存期間爆炸。盡管沒有確定確切的根本原因，但懷疑SO3與水分反應形成硫酸（H2SO4），隨后硫酸分解DMF釋放出CO和其他產(chǎn)物。在空氣氣氛下進行實驗時，對SO3-DMF絡合物樣品的DSC評價表明從114和228°C開始發(fā)生了兩個明顯的放熱事件。這兩個放熱事件的能量釋放分別為-254和-646 J/g。
純DMF在強堿例如氫氧化鉀（KOH），氫氧化鈉（NaOH）或氫化鈣（CaH2）的存在下，在環(huán)境溫度下長時間放置會明顯分解，原位生成Me2NH。
DMF在氫氧化物輔助下用于芳族氟化物和氯化物的親核芳香取代
DMF和氨水分解原位生成的Me2NH 發(fā)生芳香親核取代
1982年，美國某化學技術公司在進行一項中試規(guī)模的縮合反應實驗時使用了NaH與DMF混合體系，反應溫度開始保持在50℃，但隨后體系自發(fā)升溫至75 ℃，使用冷凝循環(huán)設備也無濟于事，繼而發(fā)生爆炸。他們在量熱研究中發(fā)現(xiàn)，NaH與DMF、DMAc混合在26 ℃時即可發(fā)生自發(fā)升溫，反應溫度可迅速升至80℃，此時已超過中試反應裝置可達到的冷卻能力。美國Burdick & Jackson實驗室的研究人員也發(fā)現(xiàn)這一問題，并且多次實驗均出現(xiàn)了自發(fā)升溫現(xiàn)象，并非偶然發(fā)生。
多起NaH與該類溶劑混合的爆炸事故發(fā)生后，美國化學會（ACS）旗下的Organic Process Research & Development期刊曾兩次發(fā)表社論文章強調(diào)這一問題，但由于這種反應體系應用十分廣泛，淡化了人們對這種危險的重視程度。出現(xiàn)NaH/DMF的文章每年在同行評審期刊中排名第一。
出現(xiàn)NaH/DMF的文章每年在同行評審期刊中排名第一
DMF與氯化試劑如亞硫酰氯（SOCl2），草酰氯，氰尿酰氯，新戊酰氯，氯氧化磷（POCl3）等相互作用已在有機合成中找到了廣泛的應用。關鍵中間體，即Vilsmeier-Haack試劑，是將DMF用這些氯化試劑處理后形成的，然后進一步與醇，羧酸，富含電子的芳烴等反應生成烷基氯，酰氯，甲酰和腈。在這些轉(zhuǎn)化中，僅需要催化量的DMF即可對醇和羧酸進行氯化，從而得到相應的烷基氯化物和酰氯。
Vilsmeier-Haack試劑的形成和應用
1977年，伊斯曼柯達公司的Spitulnik在與《化學與工程新聞》的通訊中報道了涉及DMF/SOCl2混合物的失控事件：將總計82.5 kg的SOCl2緩慢加入135kg的DMF中，添加期間的溫度保持在30℃以下，并且將材料在環(huán)境溫度下儲存過夜以在第二天使用。在儲存過程中，混合物放熱分解并釋放出氣體，導致反應器上的壓力盤破裂。根本原因調(diào)查表明，SOCl2中含約90 ppm鐵和90 ppm鋅。小型實驗表明，在室溫下攪拌22小時后，含有200 ppm鐵粉的SOCl2/ DMF混合物分解，而使用新鮮蒸餾的SOCl2的對照實驗表明，該混合物在60℃下穩(wěn)定至少48 h。這些結(jié)果表明痕量鐵的存催化了SOCl2/DMF混合物的分解。
Joshi在1986年報道了SOCl2/DMF的類似事件，在真空蒸餾SOCl2/ DMF混合物以除去SO2的過程中，400 L反應器突然發(fā)生放熱和壓力升高。Zemlicka 后來與《化學與工程新聞》的通訊表明，使用光氣（COCl2）代替SOCl2可以避免與SOCl2/DMF混合物相關的固有安全隱患。其他鹵化試劑，例如酰基鹵和三氯異氰尿酸、烷基鹵化物（即四氯化碳）和1,2,3,4,5,6-六氯環(huán)己烷，氟代硫酸銫（CsSO4F），也有報道會與DMF發(fā)生非常放熱的反應，在某些條件下這種反應可能足夠劇烈，以致可能導致失控甚至爆炸。
研究表明DMF在存在氧化劑如高錳酸鉀、間氯過氧苯甲酸、三氧化鉻等情況可能發(fā)生劇烈反應甚至爆炸。多年來，已經(jīng)報道了許多與DMF與氧化劑不相容的事件。在頂空空氣氣氛下對DMF的DSC評估發(fā)現(xiàn)放熱事件的起始溫度為170°C，總能量釋放為-109 J / g，而在N2氣氛下評估時放熱事件的起始溫度> 400°C。該放熱事件被懷疑是由空氣頂部空間中的氧氣（O2）氧化DMF引起的。CrO3與DMF劇烈反應。Neumann在1970年的《化學與工程新聞》（Chemical＆Engineering News）中報道了與DMF與三氧化鉻（CrO3）相互作用相關的事件。研究人員試圖重復Snatzke報告的將仲醇氧化為相應酮的程序。當向反應混合物中添加CrO3時，火焰突然從DMF溶液的表面閃出，并將溶液噴到整個罩內(nèi)。1981年，加州大學伯克利分校的希思考克（Heathcock）報告了類似的觀察，將2 g CrO3添加至18毫升DMF中時，幾乎在瞬間冒出火焰，燒瓶中的內(nèi)容物被強行噴到通風櫥的內(nèi)壁上。
高錳酸鉀（KMnO4）也與DMF劇烈反應。當KMnO4與DMF在36°C的μRC中混合時，觀察到顯著的瞬時能量釋放為-820 J / g 。1980年化學與工程新聞的報道了涉及KMnO4和DMF的實驗室爆炸。當將20 g的KMnO4與100 g的DMF混合時發(fā)生此事件，內(nèi)容物和玻璃碎片充滿整個實驗室。
間氯過氧苯甲酸（m-CPBA）與DMF的潛在安全隱患。Fujisawa醫(yī)藥公司報告了一起爆炸涉及DMF和m-CPBA 的混合物的爆炸。研究人員使用11.0 kg的m-CPBA和6.3 kg的DMF在中試規(guī)模上將某種硫化物氧化為相應的亞砜。他們觀察到m-CPBA與DMF混合后產(chǎn)生了少量不溶性固體，將其濾出，并將濾液緩慢加入到反應混合物中。溫度突然上漲，導致氣體逸出后不久爆炸。進一步的調(diào)查顯示，爆炸是由在高溫下在濃m-CPBA / DMF混合物中形成的m-chlorobenzoyl peroxide (m-CBPO)分解引起。
其他氧化劑，例如過硫酸鈉、高氯酸鹽，四氯化鈦、硝酸鹽、硝酸烷基酯，與DMF接觸會引起潛在的安全隱患。
DMF由于其理想的物理特性，使其可以溶解有機和無機化合物。經(jīng)常用作還原轉(zhuǎn)化的溶劑。但是，與其他酰胺類似，DMF可以通過某些還原劑輕松還原為三甲胺（Me3N），當使用強還原劑時，其可能會劇烈反應并可能導致跑道反應甚至爆炸。1979年，某工廠13 kg NaBH4在70 kg DMF的飽和溶液在17°C的溫度下發(fā)生猛烈爆炸，并引起爆炸釋放的可燃氣體自燃。研究人員在17 mL DMF中使用3 g NaBH4進行了小規(guī)模的根本原因研究，發(fā)現(xiàn)在一定的溫度依賴性誘導期后會發(fā)生失控反應。在這種小規(guī)模情況下，誘導期的范圍從90°C的45分鐘到62°C的45小時不等，反應失控后，溫度突然從190°C驟升至310°C。
有報道稱亞甲基二異氰酸酯、三乙基鋁、甲基硒化鉀、五氧化二磷會與DMF放熱反應。這些試劑與DMF的反應在某些條件下可能會劇烈，并導致潛在的失控情況甚至爆炸。總結(jié)：如本文所述DMF不是惰性溶劑，任何與典型酰胺和/或甲酰基官能團反應的物質(zhì)都可能引發(fā)DMF放熱分解，并可能導致失控甚至爆炸。因此，無論何時在化學反應中使用DMF，科學家都必須進行全面的熱危害評估，以了解潛在的安全危害并設計適當?shù)目刂撇呗砸詼p輕這些固有的安全風險。本文為譯作，原始文獻：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.oprd.0c00330