Dimethylformamid-dimethylacetal

Dimethylformamid-dimethylacetal ist das durch Acetalisierung von Dimethylformamid mit Methanol gebildete und zwei Alkoxygruppen an der Carbonylgruppe tragende Amid-Acetal. Die Verbindung hat als Formylierungsreagenz und Methylierungsmittel für Carbonsäuren, Phenole, Amine, Thiole und Aminosäuren sowie als Molekülbaustein (building block), insbesondere für Heterocyclen, größere Verbreitung gefunden.

Strukturformel
Allgemeines
Name	Dimethylformamid-dimethylacetal
Andere Namen	N,N-Dimethylformamiddimethylacetal 1,1-Dimethoxytrimethylamin 1,1-Dimethoxy-N,N-dimethylmethylamin DMF-DMA
Summenformel	C5H13NO2
Kurzbeschreibung	klare, farblose bis hellgelbe Flüssigkeit
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 4637-24-5 EG-Nummer 225-063-3 ECHA-InfoCard 100.022.785 PubChem 78373 ChemSpider 70742 Wikidata Q27158310
Eigenschaften
Molare Masse	119,16 g·mol^−1
Aggregatzustand	flüssig
Dichte	0,893 g·cm^−3 (20 °C)
Schmelzpunkt	−85 °C bei 1,013 hPa
Siedepunkt	102–104 °C bei 1,013 hPa 107–108 °C
Löslichkeit	löslich in Wasser unter langsamer Zersetzung mischbar mit den meisten organischen Lösungsmitteln
Brechungsindex	1,3972 (20 °C, 589 nm)
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung Gefahr H- und P-Sätze H: 225​‐​360D​‐​332​‐​318​‐​317 P: 210​‐​280​‐​303+361+353​‐​304+340+312​‐​305+351+338​‐​308+313
Toxikologische Daten	>5000 mg·kg^−1 (LD50, Ratte, oral) 12,6 mg·l^−1, 4h (LC50, Ratte, inh.)
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

Vorkommen und Darstellung

Analog der ersten Veröffentlichung über Dimethylformamid-diethylacetal aus dem Arbeitskreis von Hellmut Bredereck wird das Dimethylformamid-dimethylacetal des durch Umsetzung (O-Methylierung) von Dimethylformamid mit Dimethylsulfat erhaltenen Addukts mit Natriummethanolat in Methanol bei 0 °C in Ausbeuten von 72 bis 87 % erhalten.

Synthese von DMF-DMA mit Dimethylsulfat

Wegen der Zersetzung des DMF-DMA bei der Destillation unter Normaldruck wird die schnelle Destillation des Reaktionsgemischs unter Zugabe von Methanol als Schleppmittel und anschließende fraktionierte Destillation des erhaltenen Methanol/DMF-DMA-Gemischs empfohlen. Dadurch werden Reinausbeuten von Dimethylformamid-dimethylacetal von 85 bis 90 % erreicht.

Die Reaktion des Vilsmeier-Reagenz' N,N-Dimethyl(chlormethylen)iminiumchlorid in Chloroform mit Natriummethanolat in Methanol liefert DMF-DMA in 55%iger Ausbeute.

Synthese von DMF-DMA mit Vilsmeier-Salz

Dimethylformamid-dimethylacetal entsteht auch bei Umsetzung der Reaktanden Methanolat, DMF und CHCl₃. Dabei reagiert Chloroform mit festem Natriummethanolat oder Natriummethanolat in Methanol vermutlich über das intermediär gebildete Dichlorcarben :CCl₂, das Dimethylformamid unter CO-Abspaltung zu DMF-DMA umsetzt.

Synthese von DMF-DMA mit Chloroform

In millimolaren Ansätzen werden Rohausbeuten bis 91 % erzielt.

Eigenschaften

Dimethylformamid-dimethylacetal ist eine klare, farblose, aminartig riechende Flüssigkeit, die sich mit Wasser und vielen organischen Lösungsmitteln mischt. In Wasser zersetzt sich das Acetal allmählich.

Anwendungen

DMF-DMA als Methylierungsmittel

Acide Verbindungen, wie z. B. Carbonsäuren, Phenole, Thiole werden von Dimethylformamid-dimethylacetal in glatter Reaktion methyliert,

Methylierung von 2-Mercaptopyrimidin mit DMF-DMA

ebenso wie NH-Heterocyclen, wie z. B. Triazole.

Methylierung von 4-Phenyl-1,2,4-triazol-3-on

DMF-DMA als Formylierungsmittel

Dimethylformamid-dimethylacetal reagiert mit primären Aminen zu N,N-Dimethylformamidinen und mit α-Aminosäuren zu den entsprechenden relativ stabilen α-Formamidinomethylestern.

Bildung von Amidinoester mit DMF-DMA und deren Alkylierung

Die α-Formamidinomethylester können mit guten Ausbeuten nach Deprotonierung mit starken Basen, wie z. B. Lithiumdiisopropylamid LDA oder Kalium-tert-butanolat KOtBu mit Alkylhalogeniden, wie z. B. Iodmethan alkyliert oder in einer Michael-Addition mit z. B. Acrylsäuremethylester umgesetzt werden.

Als Alternative zur eher als Laborverfahren geeigneten Synthese des cyclischen Polyamins Cyclen nach Reed und Weisman eignet sich die Umsetzung von Triethylentetramin TETA mit DMF-DMA unter Bildung des Bis-Amidins 1,1'-Ethylendi-2-imidazolin in 85%iger Ausbeute (1. Stufe). Dessen Makrocyclisierung unter Verdünnungsbedingungen mit 1,2-Dibromethan liefert eine Monoimidazolium-Verbindung mit 70%iger Ausbeute, die anschließend mit kochender Kalilauge in einer Ausbeute von 88 % zum Cyclen gespalten wird.

Synthese des cyclischen Polyamins Cyclen

Durch Reaktion von Dimethylformamid-dimethylacetal mit sekundären Aminen werden die entsprechenden N-Formyl-N,N-dialkylamine gebildet.

Formylierung eines sek. Amins

Mit CH-aciden Verbindungen mit aktivierten Methylengruppen, wie z. B. Ketonen, reagiert DMF-DMA glatt zu vinylogen Amiden, den so genannten Enaminonen.

Bildung des Enaminons aus Cyclopentanon

So bildet Cyclopentanon mit DMF-DMA in 86%iger Ausbeute das entsprechende Enaminon, das mit Lithiumaluminiumhydrid LiAlH₄ in 88%iger Ausbeute die entsprechende Mannich-Base ergibt.

Mit Diketonen werden analog Bis-Enaminone gebildet, aus denen eine Vielzahl von Heterocyclen zugänglich sind.

Bildung von Bis-Enaminonen und Cyclisierung mit Hydrazin

Das bei der Reaktion von 2,6-Diacetylpyridin mit DMF-DMA praktisch quantitativ entstehende Bis-Enaminon reagiert mit Hydrazin zum 3-Arylpyrazol.

Eine effektive Methode zur Herstellung substituierter Indole ist die in der englischen Literatur so genannte „Leimgruber-Batcho indole synthesis“ aus 2-Nitrotoluolen und Dimethylformamid-dimethylacetal, wobei zur Reaktionsbeschleunigung Pyrrolidin zugesetzt wird.

Indolsynthese nach Batcho-Leimgruber

In Gegenwart von Natriummethanolat-Spuren bildet sich aus β-Nitrostyrolen und zwei Äquivalenten DMF-DMA in DMF in mäßigen Ausbeuten (bis 40 %) 1,3,5-Triphenylbenzole.

Bildung von 1,3,5-Triphenylbenzol mit DMF-DMA

Andere Reaktionen mit DMF-DMA

Wie das homologe Dimethylformamid-diethylacetal kann DMF-DMA mit überschüssigen höheren Alkoholen zu den entsprechenden Dimethylformamid-dialkylacetalen umacetalisiert werden (Umacetalisierung).

Umacetalisierung von DMF-DMA mit Ethylenglycol

Die Umamidierung von DMF-DMA mit Dibenzylamin liefert N,N-Dibenzylformamid-dimethylacetal, das sich als Schutzgruppe für primären Amine eignet, mit denen es glatt zu Amidinen reagiert. Diese Schutzgruppe ist gegenüber Säuren, Basen und Nukleophilen stabil und kann durch katalytische Hydrierung mit Palladium(II)-oxid auf Aktivkohle wieder abgespalten werden.

Umamidierung von DMF-DMA mit Dibenzylamin

Dimethylformamid-dimethylacetal kann als Scavenger für Schwefelwasserstoff H₂S und Mercaptane in Erdgas und kohlenwasserstoffbasierten Treibstoffen, wie z. B. Benzin, Diesel oder Kerosin eingesetzt werden.

Mit 1,2-Diolen, wie z. B. trans-Cyclohexan-1,2-diol, reagiert DMF-DMA in hoher Ausbeute (88 %) unter Konfigurationsumkehr zum Epoxid Cyclohexenoxid.

Bildung von Cyclohexenoxid aus 1,2-Cyclohexandiol mit DMF-DMA

Einzelnachweise

1. Eintrag zu N,N-Dimethylformamide Dimethyl Acetal for Esterification bei TCI Europe, abgerufen am 25. September 2017.
2. Datenblatt N,N-Dimethylformamid-dimethylacetal bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 25. September 2017 (PDF).
3. Datenblatt N,N-Dimethylformamid dimethyl acetal, 97% bei Alfa Aesar, abgerufen am 25. September 2017 (PDF) (JavaScript erforderlich).
4. Datenblatt N,N-Dimethylformamiddimethylacetal zur Synthese bei Merck, abgerufen am 3. November 2021.
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