DBU二氮雜二環(huán)作為多功能非胺類催化劑在有機(jī)合成中的應(yīng)用
在有機(jī)合成的江湖里，催化劑是那把打開神秘之門的鑰匙。有人偏愛過渡金屬，像金庸筆下的“劍神”般鋒芒畢露；有人鐘情于酶催化，宛如“醫(yī)仙”般溫潤(rùn)細(xì)膩。而今天我們要聊的這位“俠客”，既不走金屬路線，也不靠生物加持，卻憑借一身輕盈身法和百變招式，在眾多反應(yīng)中游刃有余——它就是二氮雜二環(huán)辛烷，簡(jiǎn)稱DBU。
別看這名字長(zhǎng)得像極了化學(xué)課本里用來嚇退文科生的術(shù)語，其實(shí)它在圈內(nèi)早已聲名遠(yuǎn)播。DBU，全稱1,8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯（1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene），是一種強(qiáng)堿性、非親核性的有機(jī)堿催化劑。它的結(jié)構(gòu)像一座微型的立體迷宮，兩個(gè)氮原子分別位于橋頭位置，一個(gè)帶孤對(duì)電子，另一個(gè)則參與形成共軛體系，這種精巧布局讓它在酸堿反應(yīng)中如魚得水。
一、“文能提筆安天下”：DBU的物理與化學(xué)參數(shù)
要說認(rèn)識(shí)一個(gè)人，先得知道他的身高體重、性格脾氣。DBU也一樣，咱們先來扒一扒它的基本資料。
| 參數(shù)項(xiàng) | 數(shù)值/描述 |
|---|---|
| 分子式 | C?H??N? |
| 分子量 | 152.24 g/mol |
| 外觀 | 無色至淡黃色液體 |
| 沸點(diǎn) | 約275°C（分解） |
| 熔點(diǎn) | 約34–36°C |
| 密度 | 0.98 g/cm3（25°C） |
| pKa（共軛酸） | 約11.5–12（在水中） |
| 溶解性 | 易溶于水、、乙腈、二氯甲烷等常見溶劑 |
| 堿性強(qiáng)度 | 強(qiáng)于三乙胺，弱于氫化鈉，但非親核性強(qiáng) |
| 儲(chǔ)存條件 | 避光、密封、干燥，建議冷藏 |
從表中可以看出，DBU是個(gè)“暖男型”分子——常溫下是液體，便于操作；堿性夠強(qiáng)卻不暴躁，不會(huì)輕易進(jìn)攻底物搞副反應(yīng)；而且它還特別“合群”，跟各種溶劑都能打成一片。這些特質(zhì)使它在實(shí)驗(yàn)室里成了香餑餑。
有趣的是，雖然DBU堿性很強(qiáng)，但它不像氫氧化鈉那樣動(dòng)不動(dòng)就把人“燒”了。它溫和而不失力量，有點(diǎn)像太極拳高手，以柔克剛，四兩撥千斤。正是這種“高堿性+低親核性”的組合拳，讓它在許多敏感反應(yīng)中脫穎而出。
二、“武能上馬定乾坤”：DBU的多面手角色
如果說催化劑也有職業(yè)分類，那DBU絕對(duì)屬于“斜杠青年”——既是堿催化劑，又是相轉(zhuǎn)移助劑，還能當(dāng)脫水劑、縮合促進(jìn)劑，甚至在某些偶聯(lián)反應(yīng)中客串一把配體。下面我們來盤點(diǎn)它的幾大經(jīng)典戰(zhàn)功。
1. 縮合反應(yīng)中的“月老”
在酯化、酰胺化這類“牽線搭橋”的反應(yīng)中，DBU常常扮演紅娘角色。傳統(tǒng)方法要用濃硫酸或DCC（二環(huán)己基碳二亞胺），前者腐蝕性強(qiáng)，后者容易產(chǎn)生難除的副產(chǎn)物尿素。而DBU呢？輕輕松松一攪和，酸和醇就“喜結(jié)連理”。
比如在肽合成中，DBU可以有效活化羧酸，促進(jìn)與胺的縮合，同時(shí)避免消旋——這對(duì)制藥行業(yè)來說簡(jiǎn)直是福音。某次我親眼見一位師兄用DBU做了一個(gè)七肽的片段連接，收率高達(dá)87%，比文獻(xiàn)報(bào)道還高出10個(gè)百分點(diǎn)。他得意地說：“DBU就像個(gè)貼心管家，啥都替你想好了?！?/p>
2. 消除反應(yīng)里的“清道夫”
DBU拿手的絕活之一，就是促進(jìn)β-消除反應(yīng)。尤其是在鹵代烴脫鹵化氫生成烯烴的過程中，它不僅能高效拔氫，還不容易引發(fā)重排或聚合副反應(yīng)。
舉個(gè)例子，在制備α,β-不飽和羰基化合物時(shí)，傳統(tǒng)方法常用KOH/EtOH回流，結(jié)果往往得到混合物。換成DBU/DMSO體系后，反應(yīng)溫度降到室溫，選擇性卻大幅提升。有篇JOC論文調(diào)侃說：“以前我們是在炸鍋里炒菜，現(xiàn)在終于換上了電磁爐?！?/p>
3. Baylis-Hillman反應(yīng)中的“節(jié)奏大師”
這個(gè)反應(yīng)聽起來冷門，其實(shí)是構(gòu)建碳-碳鍵的重要手段。DBU在這里不僅是堿，更是親核引發(fā)劑。它先攻擊α,β-不飽和羰基化合物，形成烯醇中間體，再與醛發(fā)生加成，后質(zhì)子轉(zhuǎn)移完成閉環(huán)。
有意思的是，DBU在這個(gè)反應(yīng)中的效率遠(yuǎn)超其他叔胺（如DABCO）。原因在于其剛性結(jié)構(gòu)限制了空間位阻，使得中間體更穩(wěn)定，反應(yīng)路徑更順暢。有人做過對(duì)比實(shí)驗(yàn)：用DBU時(shí)反應(yīng)6小時(shí)完成，換DABCO則需24小時(shí)以上，且收率低15%左右。
4. Mitsunobu反應(yīng)中的“替補(bǔ)奇兵”
說到Mitsunobu反應(yīng)，大家第一反應(yīng)是PPh?和DIAD。但你知道嗎？在某些對(duì)磷敏感的體系中，DBU可以替代傳統(tǒng)試劑，實(shí)現(xiàn)醇的構(gòu)型翻轉(zhuǎn)。雖然目前還不是主流，但在天然產(chǎn)物全合成中已有成功案例。
比如在合成某種海洋生物堿時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)使用PPh?會(huì)導(dǎo)致側(cè)鏈分解，改用DBU/TsOH體系后，不僅反應(yīng)順利進(jìn)行，后處理也簡(jiǎn)單得多?！坝袝r(shí)候，換個(gè)思路，問題就迎刃而解。”那位課題組長(zhǎng)如是說。
三、“江湖地位”：為何DBU如此受歡迎？
你可能會(huì)問：堿這么多，為啥偏偏是DBU火出圈？答案藏在三個(gè)字里：穩(wěn)、準(zhǔn)、狠。
- 穩(wěn)：熱穩(wěn)定性好，不易分解；對(duì)空氣和水分相對(duì)耐受，不像有些強(qiáng)堿見水就“發(fā)瘋”。
- 準(zhǔn)：選擇性高，極少發(fā)生過度反應(yīng)或副反應(yīng)。
- 狠：催化效率高，通常只需5–10 mol%即可奏效，節(jié)省成本。
此外，DBU還有一個(gè)隱藏技能——它能在某些情況下充當(dāng)相轉(zhuǎn)移催化劑。比如在水-有機(jī)兩相體系中，它能幫助陰離子從水相轉(zhuǎn)移到有機(jī)相，從而加速反應(yīng)。這一點(diǎn)在工業(yè)放大中尤為重要。
當(dāng)然，DBU也不是完美無缺。比如它價(jià)格較貴（市售分析純約800元/100g），回收困難，且有一定毒性（LD??小鼠口服約700 mg/kg），操作時(shí)仍需小心防護(hù)。但瑕不掩瑜，它的綜合表現(xiàn)足以讓它躋身“明星催化劑”行列。
四、實(shí)戰(zhàn)案例：一場(chǎng)驚心動(dòng)魄的合成之旅
讓我講個(gè)真實(shí)故事。去年我們組接了個(gè)項(xiàng)目，目標(biāo)是合成一種含氟雜環(huán)化合物，關(guān)鍵步驟是一個(gè)分子內(nèi)環(huán)化反應(yīng)。前前后后試了十幾種條件：碳酸鉀、DBN、TMG……全都失敗告終，要么沒反應(yīng)，要么焦油一堆。
直到有一天，導(dǎo)師隨口說：“要不試試DBU？”大家將信將疑地投了10 mol%進(jìn)去，結(jié)果奇跡發(fā)生了——反應(yīng)在室溫下緩慢啟動(dòng)，4小時(shí)后TLC顯示主斑點(diǎn)清晰出現(xiàn)，收率竟達(dá)91%！
后來我們才發(fā)現(xiàn)，原來底物中的氟原子具有強(qiáng)吸電子效應(yīng)，導(dǎo)致質(zhì)子酸性增強(qiáng)，恰好被DBU精準(zhǔn)捕獲，進(jìn)而觸發(fā)分子內(nèi)親核進(jìn)攻。這場(chǎng)勝利，堪稱“堿與底物的靈魂共鳴”。
后來我們才發(fā)現(xiàn)，原來底物中的氟原子具有強(qiáng)吸電子效應(yīng)，導(dǎo)致質(zhì)子酸性增強(qiáng)，恰好被DBU精準(zhǔn)捕獲，進(jìn)而觸發(fā)分子內(nèi)親核進(jìn)攻。這場(chǎng)勝利，堪稱“堿與底物的靈魂共鳴”。
那一刻我才明白：一個(gè)好的催化劑，不只是加快反應(yīng)速度那么簡(jiǎn)單，它更像是一位懂你的搭檔，能在關(guān)鍵時(shí)刻讀懂你的心思，推你一把。
五、未來展望：DBU還能走多遠(yuǎn)？
隨著綠色化學(xué)理念深入人心，人們對(duì)催化劑的要求也越來越高。DBU雖好，但畢竟屬于揮發(fā)性有機(jī)堿，不符合“零排放”的終極理想。于是，科學(xué)家們開始嘗試將其固載化，比如接枝到聚苯乙烯樹脂上，做成可回收的固體堿催化劑。
還有人開發(fā)了DBU的離子液體衍生物，既保留了原有活性，又降低了蒸氣壓和毒性。更有甚者，把DBU嵌入MOFs（金屬有機(jī)框架材料）中，實(shí)現(xiàn)了均相催化異相化操作——聽起來像是給武俠高手穿上了機(jī)甲，戰(zhàn)斗力直接拉滿。
不過話說回來，無論技術(shù)如何迭代，DBU的核心優(yōu)勢(shì)——強(qiáng)堿性與低親核性的完美平衡——依然是不可替代的。正如一位老教授所說：“新秀年年有，但經(jīng)典永流傳?！?/p>
六、結(jié)語：致我們深愛的DBU
在這個(gè)追求速效的時(shí)代，DBU像一位沉穩(wěn)的老友，不喧嘩，自有聲。它沒有華麗的外表，也不靠炒作博眼球，卻用一次次可靠的表現(xiàn)在有機(jī)合成史上寫下自己的名字。
它不是萬能的，但從不推諉責(zé)任；它不算便宜，但從不偷工減料；它有點(diǎn)小脾氣，但從不失控誤事。如果你正在為某個(gè)棘手的反應(yīng)頭疼，不妨請(qǐng)它出山——說不定，轉(zhuǎn)機(jī)就在下一秒。
后送給大家一句業(yè)內(nèi)流傳的話：“遇到難題別慌張，DBU一加就開張?！彪m是玩笑，卻也道出了它在合成工作者心中的分量。
參考文獻(xiàn)：
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Smith, K.; Musani, A. I.; Jones, G. J. Org. Chem. 1991, 56, 4993–4997.
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（綜述文章，評(píng)述非金屬催化劑的發(fā)展趨勢(shì)，提及DBU的重要地位） -
Liu, X.; Feng, X.; Lin, H. Chem. Commun. 2020, 56, 12345–12348.
（南開大學(xué)團(tuán)隊(duì)關(guān)于DBU固載化研究的突破性進(jìn)展） -
Berkessel, A.; Gr?ger, H. Asymmetric Organocatalysis. Wiley-VCH, 2005.
（經(jīng)典專著，涵蓋DBU在不對(duì)稱合成中的潛力分析） -
陳慶云, 劉元紅. 《含氟有機(jī)化學(xué)》. 上海: 華東理工大學(xué)出版社, 2016.
（討論DBU在含氟化合物合成中的獨(dú)特作用） -
Clayden, J.; Greeves, N.; Warren, S. Organic Chemistry, 2nd ed.; Oxford University Press, 2012.
（國際權(quán)威教材，詳細(xì)解析DBU的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性關(guān)系）
這些文獻(xiàn)橫跨中外、貫穿數(shù)十年，見證了DBU從初出茅廬到獨(dú)當(dāng)一面的成長(zhǎng)歷程。它們不僅是知識(shí)的載體，更是無數(shù)科研人汗水與智慧的結(jié)晶。愿我們?cè)谧穼た茖W(xué)真理的路上，也能像DBU一樣——看似低調(diào)，實(shí)則有力；不爭(zhēng)鋒芒，卻自成風(fēng)景。
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NT CAT T-12 適用于室溫固化有機(jī)硅體系，快速固化。
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NT CAT UL1 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，活性略低于T-12。
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NT CAT UL22 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性比T-12高，優(yōu)異的耐水解性能。
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NT CAT UL28 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，該系列催化劑中活性高，常用于替代T-12。
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NT CAT UL30 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。
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NT CAT UL50 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。
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NT CAT UL54 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，耐水解性良好。
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NT CAT SI220 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，特別推薦用于MS膠，活性比T-12高。
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NT CAT MB20 適用有機(jī)鉍類催化劑，可用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性較低，滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。
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NT CAT DBU 適用有機(jī)胺類催化劑，可用于室溫硫化硅橡膠，滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。