当POCl3碰上丙酮会怎样?

一个2.5 L的有聚氯乙烯涂层的废液桶爆炸了(Org.Proc.Res.Dev. 2000, 4, 6, 585-586;Org.Proc.Res.Dev.2017,21(9),1423-1426;Org. Proc. Res.Dev.2013,17(3),500-504),这个废液桶里有100毫升左右的POCl3、500毫升左右的丙酮、200毫升左右的乙酸乙酯,以及真空泵储液球里的少量未知残留溶剂。三氯氧磷是反应结束后蒸馏回收的,大约100ml:将回收的三氯氧磷倒入废液桶,然后使用大约500ml的丙酮洗涤接收瓶,洗涤液倒入废液桶;再用200ml的乙酸乙酯洗涤接收瓶,洗涤液再次倒入废液桶,盖上废液桶盖,1-2小时后,废液桶发生剧烈爆炸,废液桶碎片及废液飞溅的整个通风橱和实验室到处都是。不仅如此,爆炸的碎片还将一个放在废液桶旁边的锥形瓶的整个上半部分削断,还好锥形瓶中的液体不多,所以没有也流出来,但是玻璃碎片和聚氯乙烯涂层飞溅的整个实验室到处都是;幸运的是丙酮的沸点,没有造成人员伤亡。

为了复盘整个反应发生的原因,作者通过将各种等量溶剂和POCl3混合在一个小瓶中,让他们接触几小时,发现只有POCl3/丙酮的混合溶剂发生了肉眼可的变化,从清澈的溶液变成了橘黄色,这与实验室爆炸后观察到的现象完全相同,通过事故分析和小规模的实验筛选,最后将目光锁定在POCl3和丙酮上,并且采用ARC测试模拟了爆炸过程。

通过ARC测试,确定了一开始的猜想,25度下,POCl3在添加丙酮后,温度和压力开始失控,并在大约96分钟内达到最大速率,这与事件调查中的事实一致,即在瓶子装满和密封后1-2小时发生爆炸,为了确定是不是回收的POCl3中有其他杂质的影响,使用试剂级POCl3和试剂级丙酮进行第二次ARC实验。这将消除可能的反应混合物夹带和/或过量水分造成的任何杂质影响,本次试验的数据与第一次试验的数据吻合得很好。

由此可以得出,三氯氧磷和丙酮之间是不相容的,当将它们混合在一起时,会产生明显的热量和气体。最初,这个混合物看上去好像没有什么,但是它们会发生缓慢的自加热,导致温度持续上升,直至出现了热失控引起了爆炸。

师兄点评:为啥POCl3不处理就直接倒入废液桶???这不是开玩笑吗?下面师兄就简单的介绍一下POCl3的一些基本化学应用和后处理注意点。

三氯氧磷可用于芳香环的甲酰化(Vilsmeier-Haack)反应、磷酰化试剂、酰胺的脱水试剂、醇、苯酚和杂环的卤代试剂。

三氯氧磷是杂环上羟基进行氯化的常用试剂,该类反应通常反应效果不错后处理简单,许多反应物在氯化反应完成后除去过量POCl3,将冷却反应液直接倒入冰水中,便可析出固体产物即可得到较纯净的产品(或盐酸盐)。但是在实验中还是常碰到些问题给反应的后处理带来不小的麻烦,例如:有些反应的产物是液体,有些产物是固体倒入冰水中却不能析出固体,但最让人头疼的问题莫过于氯代产物在后处理过程又回到羟基原料。本文就笔者遇到的几个相关项目来总结如何避免氯化物后处理时回到原料的心得体会,希望对大家有所帮助。

1.直接旋干,小极性有机溶剂洗涤

反应液直接减压蒸馏除去过量POCl3得到固体产物,然后用小极性有机溶剂洗涤即可,无需冰水后处理。该方法适用于蒸干反应液是固体产物的反应,如果该产品是中间体,可直接进行下一步反应,如果该产品是交货化合物,最好用短硅胶柱过滤一下。比如笔者就曾经遇到过下面一个化合物 (scheme 1),反应液直接蒸出POCl3,用MTBE洗涤数次,即达到交货要求。但是如果将此化合物倒入冰水中后处理,有部分产物立即转化为原料,给处理带来很大的麻烦。

2. 硅胶短柱快速纯化

该方法适用于产物是固体,但蒸干反应液后产品不是很好的固体的反应,这时用溶剂洗涤也很难纯化。可以直接对粗产物进行硅胶短柱快速纯化拿到交货产品。但是,我们发现直接纯化时有时收率很低,后处理必须用冰水处理。可以肯定的是,先过了一遍短硅胶柱后再用冰水处理,产物回到原料的几率大大变小。下面的一个例子(scheme 2)可以说明这种后处理。我们把该粗产物溶在溶剂中(如EtOAc等),先快速的过一个短硅胶柱,然后加入冰水,再用溶剂萃取,收率很高。

3. 酸性淬灭,混和溶剂萃取

对于反应液蒸干后倒入冰水中容易回到原料的产物,我们可以把粗产物倒入冰冷的稀盐酸中,有些杂环化合物虽然成盐,但是可以用溶剂直接萃取上来,这时我们就不用调节pH值直接进行萃取即可,或者调解pH值4-6萃取即可。除了用一般溶剂萃取外,这里推荐几种混合溶剂 (EtOAc/THF, DCM/THF),效果有时奇好。如(scheme 3)就是一个很好的例子。调节pH值5-6就可以用EtOAc/THF萃取,收率也很高。

4.低温调碱,弱碱析出(萃取)

对于一些产物是盐酸盐,非要调到碱性才能在水相析出或被萃取的产物,我们建议在低温(如0 oC)下慢慢用氨水调节pH 8-9,然后抽滤或用溶剂萃取。如下面两个例子 (scheme 4)。后处理过程:减压蒸发掉大部分三氯氧磷,再倾倒入冰水中,边搅拌边小心地用冷的氨水溶液调节pH值至8-9,调碱过程中逐渐有产物固体在溶液中析出。该处理过程要注意,pH值严格控制8-9,调碱要缓慢、均匀,温度最好控制在5 oC 以下,否则局部碱性过大或溶液温度稍高都将导致氯代产物又水解回到羟基原料。

最后提醒一下,用POCl3 做氯化反应,原料必须很干燥,用含水的原料做反应丙酮的沸点,原料一般很难反应完;而原料也尽可能纯度高一些,使产物纯化过程简单,尽量减少纯化过程给产物带来的不利影响。

1.1 POCl3简介(本段内容小编得到原作者授权使用)1)无色澄清液体,有刺激性气味,强烈发烟,有吸湿性,遇水和乙醇分解发热甚至爆炸。相对密度(d25)1.675。熔点1.25 ℃。沸点105.8 ℃。中等毒,半数致死量(大鼠,经口)380mg/kg。有催泪性和腐蚀性。

2)禁止混合一起使用化合物—强还原剂,活性金属物,水及醇类化合物。【和水反分解成H3PO4与HCl,对皮肤、黏膜有刺激腐蚀作用,具有催泪作用;毒性和光气类似;接触皮肤易灼伤,产生红斑和水肿】。POCl3参与的反应禁止使用玻璃封管,闷罐,高压釜等密闭型反应容器进行反应。

1.2一般操作1)带防护眼镜、手套、白大褂、通风橱内操作。2)将底物向POCl3中加比较稳妥,特别是活性化合物(例如吡啶氮氧化合物的转位氯化,如果反过来加,则有爆炸的危险性)。3)反应时要有尾气吸收装置,可以从冷凝管上端接出——缓冲瓶——碱液尾气吸收装置,中间不要接三通,尖嘴吸管等。4)a、少量POCl3可以直接把反应液缓慢倒入常温水中(小心产物的稳定性,可能会局部过热导致水解产物,特别是吡啶氯或其嘧啶氯的产物),一边倒入,一边搅拌,同时注意温度变化,当温度升高时,要及时加入冰块降温。 b、大量POCl3,可以尽量浓缩完(建议不要在旋转蒸发仪上减压蒸馏,可以采用减压蒸馏方式浓缩)。如果蒸干,反应物成结实的固体,转移困难,可以在浆状时淬灭;或者蒸去大部分POCl3后加入甲苯共沸除去剩余POCl3,再淬灭;或者蒸干后加入溶剂(如EA,DCM,THF等)溶解后淬灭。5)萃灭POCl3时一定不要用冰水(其在冰水中待发期比较长,容易储热而导致突然爆发,非常容易冲料);要用广口瓶;如果用碳酸氢钠这类的碱液中和,也一定要注意产生大量的CO2引发冲料;POCl3回流时,一定要记得在冷凝管上涂抹真空脂,防止反应瓶和冷凝管黏在一起,拔不下来;特别提醒的是,如果用旋蒸除去POCl3,一定不要掉锅或者水泵倒吸,一定要人在旁边看着,如果不小心掉锅或水泵倒吸,安全第一,及时拉下通风橱柜门,不要想在这个时候挽救你的反应。6)严禁将回收的POCl3不经淬灭直接倒入废液桶。7)杂环卤代产物对人特别是皮肤可能有强烈的过敏性,注意严密防护。8)PCl3和 PBr3参与反应的应对方法类似。9)举例如下:

将化合物a溶解在三氯氧磷中回流0.5小时,减压蒸馏除去过量三氯氧磷,用苯带几次,然后过柱纯化。【European Journal of MedicinalChemistry,2011,vol.46,# 6 p.2290-2294.】

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发布于 2023-03-17 17:52:44
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