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硫酸二甲酯

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硫酸二甲酯
別名 DMS、DMSO4
識別
CAS號 77-78-1  ✓
ChemSpider 6252
SMILES
InChI
InChIKey VAYGXNSJCAHWJZ-UHFFFAOYAK
ChEBI 59050
KEGG C19177
性質
化學式 C2H6O4S
摩爾質量 126.13 g·mol⁻¹
外觀 無色液體
密度 1.33 g/ml (液)
熔點 -32 °C
沸點 188 °C 分解
溶解性 與水反應
溶解性(其他溶劑) 可溶於甲醇二氯甲烷丙酮
危險性
警示術語 R:R45, R25, R26, R34,
R43, R68
安全術語 S:S53, S45
主要危害 有毒(接觸及吸入)、腐蝕性、對環境有害、致癌、致畸
NFPA 704
2
4
1
 
相關物質
相關化學品 硫酸二乙酯三氟甲磺酸甲酯碳酸二甲酯
若非註明,所有數據均出自一般條件(25 ℃,100 kPa)下。

硫酸二甲酯DMS)是一個有機化合物分子式寫為(CH3O)2SO2、(CH3)2SO4或Me2SO4,可看作硫酸的二甲基。在有機合成中主要用作甲基化試劑。

標準狀態下,硫酸二甲酯為無色油狀液體,帶有輕微的蔥頭氣味。它與所有的強烷基化試劑類似,具高毒性,皮膚接觸或吸入均有嚴重危害。在有機化學中的應用已逐漸被低毒的碳酸二甲酯三氟甲磺酸甲酯所取代。

歷史

19世紀早期首次製得了不純的硫酸二甲酯,之後P.Claesson廣泛研究了其製備方法。[1]

生產

實驗室中製備硫酸二甲酯的方法有很多種,[2] 典型的如甲醇硫酸酯化

2 CH3OH + H2SO4 → (CH3)2SO4 + 2 H2O

蒸餾硫酸氫甲酯製取:[1]

2 CH3HSO4 → H2SO4 + (CH3)2SO4

利用亞硝酸甲酯氯磺酸甲酯的反應:[1]

CH3ONO + (CH3)OSO2Cl → (CH3)2SO4 + NOCl

硫酸二甲酯在美國的工業生產開始於20世紀20年代,常利用二甲醚三氧化硫的連續反應:[3]

(CH3)2O + SO3 → (CH3)2SO4

用途

硫酸二甲酯最常用於對硫醇進行甲基化,反應通常以SN2機理進行,且DMS中第一個甲基轉移的速度更快。儘管此類烷基化反應相對高效,硫酸二甲酯的價格也不昂貴,但它的高毒性極大限制了其應用。其他的甲基化試劑中,碘甲烷毒性較低但價格較貴,也可用於O-甲基化;[4]碳酸二甲酯毒性更低,可用於N-甲基化。[5] 一般在選用甲基化劑時,需要綜合考慮試劑的毒性及反應的效果。

O-甲基化

Me2SO4的甲基化反應是其最廣泛的應用。該反應對一些簡單的也適用,比如硫酸二甲酯與叔丁醇反應,可將其轉化為甲基叔丁基醚

2 (CH3)3COH + (CH3O)2SO2 → 2 (CH3)3COCH3 + H2SO4

醇鹽也可被甲基化:[6]

RO - Na + + (CH3O)2SO2 → ROCH3 + Na(CH3)SO4

硫酸二甲酯對碳水化合物O-甲基化是哈沃斯法(Haworth)測定糖環形結構的基礎,一般反應在鹼溶液中進行。[7] 另一種甲基化測定方法以碘甲烷-氧化銀作試劑。

N-甲基化

Me2SO4反應發生N-甲基化,可用於製備季銨鹽叔胺

C6H5CH=NC4C9 + (CH3O)2SO2 → C6H5CH=N+(CH3)C4C9 + CH3OSO3

含脂肪鏈的季銨鹽可用作表面活性劑或纖維軟化劑。與叔胺的反應如下:[6]

p-CH3(C6H4)NH2 + (CH3O)2SO2 -(NaHCO3)→ p-CH3(C6H4)N(CH3)2 + Na(CH3)SO4

S-甲基化

硫酸二甲酯與硫醇鹽的反應和與的反應類似,只是被甲基化的原子變為硫原子:[6]

RSNa+ + (CH3O)2SO2 → RSCH3 + Na(CH3)SO4

例如:[4]

p-CH3C6H4SO2Na + (CH3O)2SO2 → p-CH3C6H4SO2CH3 + Na(CH3)SO4

該反應可用來製備硫酯

RC(O)SH + (CH3O)2SO2 → RC(O)S(CH3) + HOSO3CH3

其他用途

硫酸二甲酯可以對DNA中鳥嘌呤咪唑N7位甲基化,修飾後甲基化G與核糖之間的糖苷鍵變得不穩定,在鹼性條件下與哌啶作用,磷酸二酯鍵斷裂,產生兩個DNA片段。[8] 該過程可用於測定鹼基順序,打斷DNA鏈,等等。

此外,用硫酸二甲酯和酸處理DNA後,鳥嘌呤的N7腺嘌呤N3位都發生甲基化,處理後得到5'-DNA片段與核苷酸5'-羥基相連,3'-DNA片段與核苷酸3'-羥基相連的產物。這可看作對嘌呤鹼基的特異反應。

安全

硫酸二甲酯是潛在的致癌物質[3]誘變劑,具揮發性、毒性腐蝕性及環境危害,可通過皮膚、黏膜和胃腸吸收。其中毒症狀可能延遲6-24小時顯現出來,從而會造成對中毒源的不敏感及症狀的進一步惡化。[9] 少量的硫酸二甲酯泄露可用濃溶液,如氨水鹼金屬氫氧化物溶液等使之水解處理,但大量泄漏時,水解反應可能會非常劇烈。普通與硫酸二甲酯反應的最終產物為甲醇硫酸,反應較慢且產物對環境有害,因而硫酸二甲酯的泄露不可用水處理。

參考資料

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 Suter, C. M. The Organic Chemistry of Sulfur Tetracovalent Sulfur Compounds John Wiley & Sons, Inc. 1944. p 49-53
  2. ^ Shirley, D. A. Organic Chemistry. Holt, Rinehart and Winston. 1966. p. 253
  3. ^ 3.0 3.1 Substance Profiles - Dimethyl Sulfate (PDF). 11th Report on Carcinogens. Department of Health and Human Services. [2008-06-13]. (原始內容 (PDF)存檔於2009-01-31).  外部連結存在於|work= (幫助)
  4. ^ 4.0 4.1 Fieser, L. F. and Fieser, M. Reagents for Organic Synthesis. John Wiley & Sons, Inc. 1967. p. 295
  5. ^ W. C. Shieh, S. Dell and O. Repic. 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene (DBU) and Microwave-Accelerated Green Chemistry in Methylation of Phenols, Indoles, and Benzimidazoles with Dimethyl Carbonate. Organic Letters. 2001, 3 (26): 4279–4281. doi:10.1021/ol016949n. 
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 Dupont product information. [2008-06-13]. (原始內容存檔於2008-11-19). 
  7. ^ W. N. Haworth, J. Chem. Soc. 107, 13 (1915).
  8. ^ Streitwieser, A., Heathcock, C. H., and Kosower, E. M. Introduction to Organic Chemistry. Prentice-Hall Inc. 1992. p. 1169
  9. ^ Rippey, J. and Stallwood, M. Emergency Medicine Journal 2005;22:878-879

外部連結

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硫酸二甲酯
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