实用|NaBH4安全性评估

引言

传统上,NaBH4被用作将醛和酮还原为醇的化学选择性试剂。
由于NaBH4的还原力可以通过溶剂和添加剂的选择来调节,因此可以用于各种还原性反应。
它不仅在实验室而且在工业规模上被广泛用作有机合成的还原剂。
NaBH4的安全性和操作简易性优于氢化铝等其他还原剂,但其在还原反应中产生大量的热量和氢气,存在潜在的安全问题,需要控制。
控制可以通过在多用途反应器中使用半批量操作,如制药公司所做的,以防止失控反应。以下三种方法被报道为NaBH4还原的半批式操作:(1)将NaBH4加到底物层,(2)将底物加到NaBH4层,(3)将甲醇作为起爆剂和溶解NaBH4的溶剂,加到底物和NaBH4的混合物中。
第一个半批次程序是最安全的,因为它基本上避免了NaBH4的积累,但是从反应器上的一个开孔加入固体NaBH4是不安全的操作,需要一个特殊的密封装置来防止氢爆炸。
对于多用途反应器,建议在反应器中加入NaBH4溶液,因为这不需要开启操作或特殊设备。高浓度NaBH4溶液是首选,因为高通量过程可以降低成本。室温下,水、烷基胺、甲醇、DMF和DMA等溶剂每100 g可溶解10 g或更多的NaBH4。NaBH4的碱性水溶液相对稳定,对环境最友好,但在很多情况下,有机化合物不溶于水溶液,因此有机溶剂被用于NaBH4的还原。

虽然在DMF中使用稀释的NaBH4溶液可以不发生事故,但有报道称在饱和溶液中发生剧烈的放热反应,导致可燃气体的自燃。虽然DMA被推荐作为DMF的替代品,但关于DMA中NaBH4的详细安全评估尚未报道。

在这里,我们报告了利用差示扫描量热仪(DSC)、加速量热仪(ARC)和SuperCRC反应微量热仪评估NaBH4溶液在DMA中的稳定性。通过与DMF NaBH4溶液的比较,评价了其安全性

差热扫描DSC

首先,通过DSC检测,检验硼氢化钠在DMA和DMF中的稳定性

NaBH4在DMA和DMF显示严重分解开始在219和189 °C;对应分解热分别为573 J / g和757 g(条目1和7)。

加入H2O和MeOH不会影响分解起始温度,而加入甲酸则会降低分解起始温度。结果表明甲酸对DMF分解起始温度的影响比DMA更严重。

加速量热ARC

使用ARC技术对NaBH4在DMF和DMA中的安全性进行了评估。

虽然DMA方案的ARC实验是从50°C开始的,以5°C的热步长间隔和10分钟的等待时间作为标准程序将样品加热到350°C(图1a),DMF溶液的程序改为使用2°C的热步长间隔和6分钟的等待时间来检测快速发热

在125°C(升温速率0.02°C/min)时检测到DMA溶液中NaBH4的放热现象,在183°C时最高升温速率为79°C/min。
在DMF溶液中NaBH4比在DMA溶液中分解更快,在95℃时出现放热现象(升温速率0.02℃/min),在137℃时最大升温速率为547℃/min。到最大速率(TMR;125°C DMA下35分钟,95°C DMF下1分钟。

反应微量热CRC

用SuperCRC反应微量热仪研究了DMA中NaBH4溶液的制备。
硼氢化钠(NaBH4)在二甲基乙酰胺(DMA)中的热稳定性与NaBH4在二甲基甲酰胺(DMF)中的热稳定性比较。考虑到分解起始温度和对杂质的敏感性,DMA作为NaBH4的溶剂比DMF更热稳定。
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NaBH4的碱性水溶液相对稳定,对环境最友好,但在很多情况下,有机化合物不溶于水溶液,因此有机溶剂被用于NaBH4的还原

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