Диметилсульфат

Диметилсульфа́т — органическое химическое соединение, сложный эфир метанола и серной кислоты с формулой (CH3)2SO4, принятая сокращённая формула Me2SO4.

Впервые получен в начале XIX века.

Широко применяется как метилирующий реагент в органическом синтезе. В некоторых случаях может быть заменён метиловым эфиром трифторметансульфоновой кислоты CF3SO3CH3, или иодметаном.

Как и все алкилирующие реагенты, диметилсульфат в высоких концентрациях токсичен и проявляет канцерогенные свойства.

Получение Для получения диметилсульфата используются различные методы. Простейший — этерификация серной кислоты с метанолом:

2 CH3OH + H2SO4 -> (CH3)2SO4 + 2 H2O.

Другой возможный способ включает в себя дистилляцию метилсерной кислоты в вакууме (перегонка 60 % олеума с метанолом):

2 CH3HSO4 -> H2SO4 + (CH3)2SO4.

Метилнитрит и метилхлорсульфонат также образуют диметисульфат:

CH3ONO + CH3OSO2Cl -> (CH3)2SO4 + NOCl.

В США Me2SO4 производится коммерчески с 20-х годов XX века в непрерывном процессе реакции диметилового эфира и триоксида серы:

(CH3)2O + SO3 -> (CH3)2SO4.

Ещё один способ получения диметилсульфата — реакция хлорсульфоновой кислоты с метаноломПрепаративная органическая химия. М., Госхимиздат, 1959, стр. 399:

2 CH3OH + HOSO2Cl -> (CH3)2SO4 + HCl + H2O.

Физические свойства Представляет собой бесцветную маслянистую жидкость, малорастворимую в воде. Чистый диметилсульфат не имеет запаха. Примеси могут придавать ему слабый запах чеснока.

Может быть перегнан при 140—150 °C и давлении примерно 15 мм рт. ст.

Химические свойства Растворим в метаноле, этаноле, этиловом эфире, дихлорметане, ацетоне, хлороформе, нитробензоле, также реакции иногда ведут в воде. Со взрывом реагирует с аммиаком и аминами. Реакции растворов аминов дает соответственно вещества с большим содержанием метильных групп при азоте, третичные амины дают четвертичные соли. При этом первая метильная группа уходит значительно быстрее второй. Он также алкилирует фенолы и тиолы. Считается, что реакции идут по SN2 механизму.

Несмотря на высокую эффективность диметилсульфата для алкилирования, из-за токсичности и высокой стоимости его часто заменяют. Так при О-алкилировании используют иодметан. Диметилкарбонат менее токсичен чем иные реагенты, поэтому может успешно быть заменить их при N-алкилировании. В целом токсичность алкилирующих агентов прямо коррелирует с их способностью к алкилированию.

Применение Широко применяется в органическом синтезе для метилирования различных веществ: фенолов, аминов, некоторых гетероциклических соединений пуринового ряда, таких как мочевая кислота и других. Так же применяется для получения нитрометана:

2 NaNO2 + (CH3)2SO4 -> 2CH3NO2 + Na2SO4.

Метилирование по углероду С-Н кислоты метилируются диметилсульфатом в апротонных растворителях.

Метилирование по кислороду Чаще всего диметилсульфат используется для метилирования фенолов. Некоторые простые спирты также могут быть метилированы, как, например, трет-бутанол в трет-бутилметиловый эфир.

2(CH3)3COH + (CH3)2SO4 -> 2 (CH3)3COCH3 + H2SO4.

Алкоголяты легко метилируются, например:

RO- Na+ + (CH3)2SO4 -> ROCH3 + Na(CH3)SO4.

Метилирование сахаров диметилсульфатом называется метилированием по ХавортуHaworth W. N. J. Chem. Soc., 107, 13 (1915).Химическая энциклопедия Т1, М 1988 стр 64.

Метилирование по азоту Диметилсульфат используется как для получения четвертичных солей так и третичных аминов.

C6H5CH=NC4H9 + (CH3)2SO4 -> C6H5CH=N^{+}(CH3)C4H9 + CH3OSO3^{-}.

Кватернизованные аммониевые соли жирных кислот используют как поверхностно-активных веществ (ПАВ) так и в качестве смягчителя тканей:

CH3(C6H4)NH2 + (CH3)2SO4 ->[\ce{NaHCO_3 + H_2O}] CH3(C6H4)N(CH3)2 + Na(CH3)SO4.

Метилирование по сере Так же как и метилирование спиртов, алкилируются тиоляты, но с большей скоростью:

RS^-Na^+ + (CH3)2SO4 -> RSCH3 + Na(CH3)SO4,

напримерFieser L. F. and Fieser M. Reagents for Organic Synthesis. John Wiley & Sons, Inc. 1967. p. 295:

p-CH3C6H4SO2Na + (CH3)2SO4 -> p-CH3C6H4SO2CH3 + Na(CH3)SO4.

Этот метод был использован для получения тиоэфиров:

RC(O)SH + (CH3)2SO4 -> RC(O)S(CH3) + HOSO3CH3.

Другие применения Диметилсульфат может вызвать специфические расщепление гуанина в ДНК путём разрушения имидазольного гетероциклаStreitwieser A., Heathcock C. H. and Kosower E. M. Introduction to Organic Chemistry. Prentice-Hall Inc. 1992. p. 1169. Этот процесс может быть использован для определения последовательности азотистых оснований в ДНК и других применениях.

Диметилсульфат используется для картирования одноцепочечных фрагментов ДНК. Метод основан на различии скорости метилирования фрагментов цитозина в составе одно- и двуцепочечных нуклеиновых кислот.

Токсикология и безопасность Высокотоксичное вещество с кожно-резорбтивным воздействием, ЛД50 (мыши, перорально).

Пары диметилсульфата оказывают сильное раздражающее и прижигающее воздействие на слизистые оболочки дыхательных путей и глаз (воспалительные явления, отёки, поражения дыхательных путей, конъюнктивит)Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. Изд. 7-е, пер. и доп. В трех томах. Том III. Органические вещества. Под ред. засл. деят. науки проф. Н. В. Лазарева и докт. мед. наук Э. Н. Левиной. Л., «Химия», 1976. 592 стр., 27 табл., библиография 1850 названий..

Оказывает также общее токсическое действие, особенно на ЦНС. Жидкий диметилсульфат при попадании на кожу вызывает ожоги и долго незаживающие язвы, в высоких концентрациях омертвение (некроз). Токсичность обусловлена продуктами гидролиза, которые включают метанол и серную кислоту.

Скрытый период при лёгких отравлениях составляет до 15 часов, при отравлениях средней тяжести — до 5 часов, при тяжёлых — до 2—3 часов.

Особенно опасно поражение глаз (возможна потеря зрения). В тяжёлых случаях отравления наблюдается кома, паралич и смерть в течение 3—4 дней.

Является сильным канцерогеном, проявляет мутагенные эффекты. Канцерогенный и мутагенный эффекты обусловлены метилированием ДНК.

Примечания

Литература Сьютер Ч. Химия органических соединений серы. Пер. с англ., ч. 1, М., 1950, с. 61—74.

Ссылки [www.xumuk.ru/encyklopedia/1347.html www.xumuk.ru]

Категория:Сложные эфиры неорганических кислот Категория:Метилирующие реагенты Категория:Сераорганические соединения Категория:Канцерогены Категория:Мутагены