다이메틸폼아마이드
1. 개요
다이메틸폼아마이드(DMF)는 다양한 유기 및 무기 화합물을 용해하는 비양성자성 극성 용매로 널리 사용된다. 구조적으로는 부분적인 이중 결합 특성을 가지며, 반응 조건에 따라 분해되어 폼산과 다이메틸아민을 생성할 수 있다. DMF는 빌스마이어-하크 반응, 부브올트 알데히드 합성 등 유기 합성의 시약으로 활용되며, 아크릴 섬유, 플라스틱 생산, 의약품, 농약, 접착제, 가죽, 섬유, 필름 등의 제조에도 사용된다. DMF는 피부 자극, 간 손상, 발암 가능성 등 안전 문제가 있어 취급에 주의가 필요하다.
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| IUPAC 명칭 | N,N-다이메틸메탄아마이드 |
|---|---|
| 다른 이름 | 다이메틸폼아마이드 DMF N,N-다이메틸폼아마이드 DMFA |
| 화학식 | C3H7NO |
| 분자식 | (CH3)2NCHO |
| 몰 질량 | 73.09 g/mol |
| 외형 | 무색 액체 |
| 냄새 | 냄새 없음 불순물이 있는 경우 비린내 암모니아 냄새 |
| 밀도 | 0.948 g/mL |
| 녹는점 | -61 °C |
| 끓는점 | 153 °C |
| 용해도 | 혼화성 |
| 로그P | -0.829 |
| 증기압 | 516 Pa |
| 최대 흡수 파장 | 270 nm |
| 흡광도 | 1.00 |
| 굴절률 | 1.4305 (20 °C에서) |
| 점성 | 0.92 mPa·s (20 °C에서) |
| 쌍극자 모멘트 | 3.86 D |
| 표준 생성 엔탈피 | -239.4 ± 1.2 kJ/mol |
| 표준 연소 엔탈피 | -1.9416 ± 0.0012 MJ/mol |
| 열용량 | 146.05 J/(K·mol) |
| CAS 등록번호 | 68-12-2 |
|---|---|
| PubChem CID | 6228 |
| ChemSpider ID | 5993 |
| UNII | 8696NH0Y2X |
| EINECS 번호 | 200-679-5 |
| UN 번호 | 2265 |
| DrugBank | DB01844 |
| KEGG | C03134 |
| MeSH | 다이메틸폼아마이드 |
| ChEBI | 17741 |
| ChEMBL | 268291 |
| RTECS | LQ2100000 |
| Beilstein Registry Number | 605365 |
| 3DMet | B00545 |
| SMILES | CN(C)C=O |
| 표준 InChI | 1S/C3H7NO/c1-4(2)3-5/h3H,1-2H3 |
| 표준 InChIKey | ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N |
| 일화사 번호 | J1.923B |
| GHS 그림 문자 | |
|---|---|
| GHS 신호어 | 위험 |
| NFPA 704 | NFPA-H: 2 NFPA-F: 2 NFPA-R: 0 |
| 인화점 | 58 °C |
| 자연 발화점 | 445 °C |
| 폭발 한계 | 2.2–15.2% |
| TLV-TWA | 30 mg/m3 |
| LD50 | 1.5 g/kg (피부, 토끼) 2.8 g/kg (경구, 쥐) 3.7 g/kg (경구, 생쥐) 3.5 g/kg (경구, 쥐) |
| PEL | TWA 10 ppm (30 mg/m3) [피부] |
| IDLH | 500 ppm |
| REL | TWA 10 ppm (30 mg/m3) [피부] |
| LC50 | 3092 ppm (생쥐, 2시간) |
| LCLo | 5000 ppm (쥐, 6시간) |
| 주요 위험 | 가연성 |
| R 문구 | |
| S 문구 | |
| TLV-TWA (ppm) | 10 ppm |
| 알칸아마이드 | N-메틸폼아마이드 중수소화 다이메틸폼아마이드 |
|---|---|
| 기타 화합물 | N-나이트로소-N-메틸요소 N-에틸-N-나이트로소요소 |
| 관련 물질 | 아세트아마이드 폼아마이드 헥사메틸린산 트리아마이드 |
| 기타 화합물 | 다이메틸 설폭사이드 아세토나이트릴 N-메틸폼아마이드 |
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포름아마이드 -
안티마이신 A
안티마이신 A는 어류의 세포 호흡을 억제하여 ATP 생산을 방해하고 어류 및 포유류에 독성을 나타내는 어살충제 Fintrol의 활성 성분이다. -
포름아마이드 -
N-폼일메티오닌
N-폼일메티오닌은 세균 단백질 합성의 시작 아미노산으로, 진핵생물의 미토콘드리아와 엽록체에서도 사용되며, 면역계에서 세균 식별 신호로 작용하여 염증 반응을 유발할 수 있다. -
간독소 -
독우산광대버섯
독우산광대버섯은 유럽과 북아시아에 분포하며 흰색 갓, 자루, 턱받이를 가진 맹독성 버섯으로, 아마톡신과 팔로톡신을 함유하여 섭취 시 심각한 중독을 일으키고 사망에 이를 수 있으며, 효과적인 해독제는 없다. -
간독소 -
아스피린
아스피린은 아세틸살리실산으로, 해열, 진통, 항염 작용을 하는 비스테로이드성 항염증제이지만, 출혈 위험 증가와 같은 부작용이 있어 소아에게는 사용이 금기시되며, 다양한 제형으로 출시된다.
2. 구조 및 특성
대부분의 아마이드와 마찬가지로, C−N 및 C−O 결합은 부분적인 이중 결합 특성을 보인다. 따라서 적외선 스펙트럼에서 C=O 신축 진동은 케톤보다 낮은 1675 cm−1에서 나타난다.
DMF는 전형적인 유동성 분자이다. 실온에서 1H NMR 스펙트럼은 두 개의 메틸 신호를 보이지만, 100 °C 근처에서는 하나의 신호만 나타난다. 이는 (O)C−N 결합 주위의 회전이 온도에 따라 영향을 받기 때문이다.
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DMF는 물과 잘 섞인다. 20 °C에서 증기압은 3.5 hPa이다. 헨리의 법칙 상수는 7.47 × 10−5 hPa·m3/mol이며, 분배 계수 log POW는 −0.85이다. 밀도는 20 °C에서 0.95 g·cm−3로 물과 유사하여, 유출 시 수표면에 떠오르거나 층을 형성하지 않는다.
3. 반응
DMF는 강산 및 강염기 조건, 특히 고온에서 가수분해되어 폼산과 다이메틸아민을 생성한다. 수산화나트륨을 사용하면 DMF는 폼산염과 다이메틸아민으로 변환된다. DMF는 비등점 근처에서 탈카르보닐화를 거쳐 다이메틸아민을 생성하므로, 증류는 저온에서 감압 하에 수행된다.
유기 합성에서 DMF는 빌스마이어-하크 반응의 시약으로 사용되어 방향족 화합물을 포르밀화한다. 유기리튬 화합물과 그리냐르 시약은 부브올트 알데히드 합성에서 가수분해 후 알데하이드를 생성하기 위해 DMF와 반응한다.
DMF는 다양한 루이스 산과 1:1 첨가물을 형성하며, HSAB 이론에서 경질 루이스 염기로 분류된다. ECW 모델 염기 매개변수는 EB = 2.19 및 CB = 1.31이다.
4. 제조
1893년 프랑스 화학자 알베르 베를레이(Albert Verley)가 다이메틸아민 염산염과 폼산칼륨의 혼합물을 증류하여 처음으로 합성했다.
다이메틸폼아마이드는 폼산메틸과 다이메틸아민을 결합하거나, 다이메틸아민과 일산화탄소를 반응시켜 제조한다.
초임계 이산화탄소를 사용하고 루테늄 기반 촉매를 이용하여 다이메틸폼아마이드를 제조할 수 있지만, 현재는 실용적이지 않다.
실험실에서는 다이메틸아민염산염(dimethyl amine hydrochloride)과 폼산칼륨(potassium formate)을 가열하여 증기로 발생하는 DMF를 포집하는 방법으로 얻을 수 있다.
산업적으로는, 일산화탄소를 원료로 하는 메틸포르메이트와 메탄올과 암모니아로부터 촉매를 이용해 제조되는 디메틸아민을 금속알콕사이드(metal alkoxide) 존재 하에 반응시킨다. 암모놀리시스( ammonolysis) 반응의 일종이다.
5. 용도
아크릴 섬유와 플라스틱 생산에 사용되는 낮은 증발 속도를 가진 용매이다. 의약품의 펩타이드 결합 용매, 농약 개발 및 생산, 접착제, 합성 가죽, 섬유, 필름 및 표면 코팅 제조에도 사용된다.
부브알트 알데히드 합성법 및 빌스마이어-하크 반응의 시약으로 사용된다. 헥 반응에서 일반적인 용매이다. 옥살릴 또는 티오닐 클로라이드를 사용한 아실 할라이드 합성에 촉매로 사용된다.
대부분의 플라스틱을 팽윤시키는 성질을 이용하여 고체상 펩타이드 합성 및 페인트 제거제 성분으로 사용된다. 추출 증류를 통해 1,3-부타디엔과 같은 올레핀을 회수하는 용매로 사용된다. 용매 염료 제조에 사용되며 반응 중 소모된다. 산업용 아세틸렌은 디메틸포름아미드 존재 하에 안전하게 압축 및 저장할 수 있다.
다음은 연구실에서 사용되는 다양한 용도이다.
* 탄소 나노튜브를 분리 및 현탁
* 양성자 NMR 분광법 표준
* 유기금속 화합물 합성
* 전기방사
* 금속-유기 골격체 합성
* 다환 방향족 탄화수소의 중수소화
6. 안전성
DMF 증기는 피부 자극 및 알코올 불내성을 유발할 수 있다. 2018년 6월 20일, 덴마크 환경보호청은 슬라임 내 DMF 사용에 대한 위험성을 경고했다. 장난감에 함유된 화합물의 농도로 인해 덴마크 시장에서 모든 슬라임 판매가 중지되었고, 모든 슬라임을 가정 쓰레기로 버릴 것을 권고했다.
DMF는 인화점 58℃의 가연성액체이다. 이전에는 무해하다고 생각되었지만, 이후 연구에 의해 유해성이 명확해졌다. 피부나 눈에 접촉하면 염증을 일으킬 수 있다. 피부를 통해 흡수되기 쉽고, 장기간 사용하면 간 장애를 일으키는 것으로 알려져 있다. 또한 사람에 대한 염색체 이상 시험에서 양성 결과를 나타낸다. IARC는 발암성 평가에서 DMF를 그룹 2B ("발암 가능성이 있는 물질")로 분류했다.
7. 독성
DMF(다이메틸폼아마이드)는 인화점 58℃의 가연성액체이다. 이전에는 무해하다고 생각되었지만, 이후 연구에 의해 유해성이 명확해졌다. 반수 치사량(쥐 대상 구강 투여)은 2.2~7.55 g/kg이다. 급성 LD50(경구, 쥐)도 2.2–7.55 g/kg으로, DMF의 위험성이 조사되었다. 피부나 눈에 접촉하면 염증을 일으킬 수 있으며, 피부를 통해 흡수되기 쉽고, 장기간 사용하면 간 장애를 일으키는 것으로 알려져 있다. 또한 사람에 대한 염색체 이상 시험에서 양성 결과를 나타낸다. IARC의 발암성 평가에서는 그룹 2B의 "발암 가능성이 있는 물질"로 분류되어 있다.