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(bào)道了DMF與NaH使用時存在爆炸風(fēng)險，詳見：NaH使用DMF溶劑會有危險?但其實(shí)，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(xué)會（ACS）旗下的Organic Process Research & Development期刊再次發(fā)表了關(guān)于DMF的安全性綜述，提醒有機(jī)化學(xué)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(diǎn)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(jī)和無機(jī)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(xué)轉(zhuǎn)化的催化劑和合成許多官能團(tuán)的供體。DMF在環(huán)境溫度下穩(wěn)定，但在接近其沸點(diǎn)153℃時會經(jīng)歷緩慢的脫羰基以釋放Me2 NH和CO，因此，DMF的蒸餾通常在減壓、低于其沸點(diǎn)的較低溫度下進(jìn)行。
DMF可作為有機(jī)合成中的多功能砌塊。
1、酸存在時DMF的潛在安全隱患
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(shí)現(xiàn)多種化學(xué)轉(zhuǎn)化。但是，在酸（尤其是強(qiáng)酸）存在下，DMF的水解會很危險，因?yàn)樗猱a(chǎn)物HCO2H會進(jìn)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(yīng)系統(tǒng)未正確排氣和惰性化，可能會導(dǎo)致反應(yīng)堆過壓甚至著火，從而大大增加危險的嚴(yán)重性。三氧化硫（SO3）-DMF復(fù)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(bào)道，一瓶SO3 -DMF復(fù)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(yīng)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，對SO3 -DMF絡(luò)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。
2、堿存在時DMF的潛在安全隱患
純DMF在強(qiáng)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(xué)技術(shù)公司在進(jìn)行一項(xiàng)中試規(guī)模的縮合反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時使用了NaH與DMF混合體系，反應(yīng)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(shè)備也無濟(jì)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(yīng)溫度可迅速升至80 ℃，此時已超過中試反應(yīng)裝置可達(dá)到的冷卻能力。美國Burdick & Jackson實(shí)驗(yàn)室的研究人員也發(fā)現(xiàn)這一問題，并且多次實(shí)驗(yàn)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(xué)會（ACS）旗下的Organic Process Research & Development期刊曾兩次發(fā)表社論文章強(qiáng)調(diào)這一問題，但由于這種反應(yīng)體系應(yīng)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。
出現(xiàn)NaH/DMF的文章每年在同行評審期刊中排名
3、鹵化物存在時DMF的潛在安全隱患
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(jī)合成中找到了廣泛的應(yīng)用。關(guān)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(jìn)一步與醇，羧酸，富含電子的芳烴等反應(yīng)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(jìn)行氯化，從而得到相應(yīng)的烷基氯化物和酰氯。
Vilsmeier-Haack試劑的形成和應(yīng)用
1977年，伊斯曼柯達(dá)公司的Spitulnik在與《化學(xué)與工程新聞》的通訊中報(bào)道了涉及DMF/SOCl2混合物的失控事件：將總計(jì)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(dǎo)致反應(yīng)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(bào)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(yīng)器突然發(fā)生放熱和壓力升高。Zemlicka 后來與《化學(xué)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(guān)的固有安全隱患。其他鹵化試劑，例如?；u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(bào)道會與DMF發(fā)生非常放熱的反應(yīng)，在某些條件下這種反應(yīng)可能足夠劇烈，以致可能導(dǎo)致失控甚至爆炸。
4、氧化物存在時DMF的潛在安全隱患
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(yīng)甚至爆炸。多年來，已經(jīng)報(bào)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(yīng)。Neumann在1970年的《化學(xué)與工程新聞》（Chemical＆Engineering News）中報(bào)道了與DMF與三氧化鉻（CrO3）相互作用相關(guān)的事件。研究人員試圖重復(fù)Snatzke報(bào)告的將仲醇氧化為相應(yīng)酮的程序。當(dāng)向反應(yīng)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(xué)伯克利分校的希思考克（Heathcock）報(bào)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(qiáng)行噴到通風(fēng)櫥的內(nèi)壁上。
高錳酸鉀（KMnO4）也與DMF劇烈反應(yīng)。當(dāng)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(xué)與工程新聞的報(bào)道了涉及KMnO4和DMF的實(shí)驗(yàn)室爆炸。當(dāng)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(shí)驗(yàn)室。
5、還原劑存在時DMF的潛在安全隱患
DMF由于其理想的物理特性，使其可以溶解有機(jī)和無機(jī)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(dāng)使用強(qiáng)還原劑時，其可能會劇烈反應(yīng)并可能導(dǎo)致跑道反應(yīng)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?xì)怏w自燃。研究人員在17 mL DMF中使用3 g NaBH4進(jìn)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(dǎo)期后會發(fā)生失控反應(yīng)。在這種小規(guī)模情況下，誘導(dǎo)期的范圍從90°C的45分鐘到62°C的45小時不等，反應(yīng)失控后，溫度突然從190°C驟升至310°C。
