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La N,N-diméthylurée, également connue sous le nom de 1,3-diméthylurée, est un composé organique dérivé de l'urée où deux groupes méthyle sont attachés aux atomes d'azote.
Il appartient à la classe des dérivés de l'urée et est souvent utilisé comme intermédiaire dans la synthèse organique, notamment dans les industries pharmaceutiques et agrochimiques.
Numéro CAS : 544-88-7
Synonymes:
1,3-diméthylurée, N,N-diméthylurée, diméthylurée, 1,3-diméthylcarbamide, uréidodiméthane, N,N-diméthylcarbamide
Introduction
1.1 Contexte et importance
La N,N-diméthylurée (1,3-diméthylurée) est un dérivé de l'urée dans lequel les deux atomes d'azote sont méthylés.
L’urée elle-même est reconnue depuis longtemps comme une molécule fondamentale en chimie organique et en biochimie.
L'introduction de groupes méthyle aux positions azotées modifie à la fois les propriétés chimiques et physiques de la molécule, augmentant son utilité comme intermédiaire synthétique.
Ce composé est important dans la synthèse organique, en particulier dans les produits pharmaceutiques et agrochimiques, en raison de sa capacité à servir de bloc de construction pour les composés hétérocycliques, les herbicides et d'autres molécules biologiquement actives.
Il est apprécié pour sa toxicité relativement faible, sa grande solubilité et sa réactivité dans des conditions douces.
Développement historique
L'origine des urées substituées remonte au 19e siècle avec la synthèse de l'urée par Friedrich Wöhler, qui a réfuté la théorie du vitalisme en montrant que des molécules organiques pouvaient être synthétisées à partir de précurseurs inorganiques.
Depuis lors, de nombreux dérivés comme la N,N-diméthylurée ont été explorés pour leurs diverses propriétés chimiques et applications.
Au fil du temps, la N,N-diméthylurée a gagné en importance en tant que réactif et intermédiaire dans la synthèse organique, offrant des propriétés physiques plus favorables que l'urée elle-même, telles qu'une solubilité améliorée et une liaison hydrogène réduite, facilitant son utilisation dans diverses réactions chimiques.
Aperçu de la famille chimique
La N,N-diméthylurée appartient à la large famille des dérivés de l'urée caractérisés par la présence du groupe fonctionnel urée (-NH-CO-NH-) avec diverses substitutions sur les atomes d'azote.
Ces dérivés sont largement utilisés comme intermédiaires pour la synthèse de produits pharmaceutiques, de colorants, de résines et de polymères.
La méthylation de l'urée modifie sa réactivité, rendant la N,N-diméthylurée plus adaptée à certaines applications.
Propriétés chimiques et physiques
Structure moléculaire et formule
La formule moléculaire de la N,N-diméthylurée est C3H8N2O, avec un poids moléculaire de 88,11 g/mol.
La molécule présente un groupe carbonyle central flanqué de deux atomes d'azote, chacun substitué par un groupe méthyle.
Cette substitution symétrique réduit les liaisons hydrogène intermoléculaires par rapport à l'urée, ce qui influence les propriétés physiques telles que le point de fusion et la solubilité.
Propriétés physiques
Aspect : Solide cristallin blanc
Point de fusion : environ 78–81 °C
Point d'ébullition : se décompose avant ébullition, généralement non distillé
Densité : Environ 1,05 g/cm³ à 20 °C
Solubilité : Très soluble dans l'eau, l'éthanol, le méthanol et d'autres solvants polaires ; pratiquement insoluble dans les solvants non polaires comme l'hexane
Caractéristiques spectroscopiques
Spectroscopie infrarouge (IR) : montre des bandes d'absorption caractéristiques pour le groupe carbonyle (C=O) autour de 1670 cm⁻¹. Les vibrations d'étirement NH sont absentes ou faibles en raison de la substitution, remplacées par des vibrations d'étirement CH des groupes méthyles autour de 2900 cm⁻¹.
Résonance magnétique nucléaire (RMN) :
RMN ¹H : présente des pics singulets pour les groupes méthyles attachés à l'azote, apparaissant généralement autour de 2,8 à 3,2 ppm.
RMN du ¹³C : montre des signaux pour le carbone carbonyle autour de 160–165 ppm et pour les carbones méthyles autour de 30 ppm.
Spectrométrie de masse (MS) : Pic d'ion moléculaire (M⁺) à m/z = 88, confirmant le poids moléculaire.
Méthodes de synthèse et de production
Voies de synthèse industrielle
La N,N-diméthylurée est principalement synthétisée par méthylation de l'urée à l'aide d'agents de méthylation tels que l'iodure de méthyle, le sulfate de diméthyle ou le formaldéhyde combiné à l'acide formique (méthylation de type Eschweiler-Clarke).
Le processus est généralement réalisé sous température et pression contrôlées pour optimiser le rendement et minimiser les sous-produits.
Méthodes de synthèse en laboratoire
En laboratoire, la N,N-diméthylurée peut être préparée en faisant réagir l'urée avec du formaldéhyde et de l'acide formique, un processus analogue à la réaction d'Eschweiler-Clarke, qui méthyle sélectivement les amines.
Alternativement, une méthylation directe de l'urée à l'aide d'iodure de méthyle ou de sulfate de diméthyle dans des conditions basiques est réalisée.
Une autre voie de synthèse implique la condensation de l'isocyanate de méthyle avec la méthylamine, mais elle est moins courante en raison de la toxicité de l'isocyanate de méthyle.
Mécanismes de réaction
La méthylation se déroule via une attaque nucléophile de l'azote de l'urée sur les groupes méthyles électrophiles fournis par l'agent de méthylation.
La présence d'une base garantit que l'azote reste nucléophile en déprotonant les espèces intermédiaires.
La réaction peut produire des espèces d’urée mono-, di- ou triméthylées selon les conditions.
Rendement et purification
Les rendements typiques varient de 70 % à 95 %, selon les conditions de réaction et les étapes de purification.
Le produit est purifié par recristallisation dans des solvants polaires tels que l'eau ou le méthanol.
Les impuretés comprennent l’urée non méthylée et les dérivés partiellement méthylés, qui peuvent être éliminés par cristallisation fractionnée ou chromatographie.
Réactivité chimique et applications
Profil de réactivité
La N,N-diméthylurée présente une chimie typique de l'urée mais avec une réactivité altérée en raison de substitutions méthyliques.
Le carbone carbonyle reste électrophile, permettant des réactions telles que l'acylation et la condensation avec des amines et des alcools.
Les groupes méthyle réduisent les liaisons hydrogène, améliorant la solubilité et modifiant parfois les taux de réaction.
Il est relativement stable mais réactif sous catalyse acide ou basique.
Utilisation comme intermédiaire en synthèse organique
Il sert de précurseur aux composés hétérocycliques, tels que les imidazoles et les triazines, qui sont des échafaudages importants en chimie médicinale.
Il participe également à la synthèse de pesticides et d’herbicides.
Applications dans les produits pharmaceutiques et agrochimiques
Les applications pharmaceutiques comprennent l’utilisation comme intermédiaires dans la synthèse de médicaments comme les sulfonylurées, qui sont des agents antidiabétiques.
Dans l’agrochimie, il intervient dans la fabrication d’herbicides et de fongicides.
Rôle dans les systèmes catalytiques
La N,N-diméthylurée peut agir comme ligand ou stabilisant dans les formulations de catalyseurs, améliorant l'activité ou la sélectivité du catalyseur dans les réactions organiques.
Méthodes analytiques
Techniques chromatographiques
Chromatographie en phase gazeuse (GC) :
En raison de sa volatilité relativement faible et de sa stabilité thermique, la N,N-diméthylurée est moins fréquemment analysée directement par GC.
Cependant, des techniques de dérivatisation peuvent être utilisées pour augmenter la volatilité et détecter des traces d’impuretés ou de produits de dégradation.
La GC couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS) est utile pour la confirmation structurelle des dérivés.
Chromatographie liquide à haute performance (HPLC) :
La HPLC est la méthode privilégiée pour l'analyse quantitative de la N,N-diméthylurée dans les mélanges complexes. Grâce à des colonnes en phase inverse et à une détection UV à des longueurs d'onde d'environ 200 à 220 nm, la N,N-diméthylurée peut être séparée et quantifiée avec précision. L'élution par gradient avec des tampons aqueux et des solvants organiques (par exemple, l'acétonitrile) optimise la résolution.
Techniques spectroscopiques
Spectroscopie ultraviolette-visible (UV-Vis) :
Bien que la N,N-diméthylurée ne présente pas de conjugaison étendue, son groupe carbonyle absorbe dans la gamme UV basse (~190–210 nm), permettant la détection UV principalement pour l'évaluation de la pureté ou la surveillance de la progression de la réaction.
Spectroscopie infrarouge (IR) :
La spectroscopie IR est précieuse pour l'identification en surveillant les pics caractéristiques tels que l'étirement du carbonyle à environ 1 670 cm⁻¹ et les modes d'étirement N–C. Les instruments infrarouges à transformée de Fourier (FTIR) permettent une analyse qualitative rapide et peuvent détecter les modifications des groupes fonctionnels.
Spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) :
La RMN du ¹H et du ¹³C sont des outils indispensables pour l’élucidation structurelle et l’évaluation de la pureté.
Les déplacements chimiques des protons méthyliques (~2,9 ppm) et des carbones carbonyles (~160 ppm) confirment les schémas de substitution. La RMN bidimensionnelle (COSY, HSQC) facilite également l'attribution.
Tests de quantification et de pureté
L'analyse quantitative combine des données chromatographiques et spectroscopiques. Les méthodes titrimétriques sont rarement utilisées.
Au lieu de cela, une combinaison de HPLC pour la quantification et de RMN ou IR pour la confirmation structurelle garantit la cohérence du produit.
La pureté dépasse généralement 98 % pour les normes industrielles et pharmaceutiques.
Importance industrielle et marché
Échelle de production et économie
La N,N-diméthylurée est fabriquée à l’échelle de plusieurs tonnes dans le monde entier, principalement au service des industries pharmaceutiques et agrochimiques.
Les installations de production utilisent des réacteurs à flux continu pour optimiser le rendement et minimiser les déchets.
Les facteurs économiques influençant la production comprennent le coût des matières premières telles que l'urée et les agents de méthylation, la consommation d'énergie et les coûts de conformité environnementale. Les progrès de la chimie verte visent à réduire les sous-produits dangereux et à améliorer l'économie atomique.
Demande et tendances du marché
La demande du marché en N,N-diméthylurée est étroitement liée à la croissance des industries pharmaceutique et agrochimique.
Son rôle d’intermédiaire synthétique pour les molécules bioactives assure une demande constante.
Les marchés émergents de la région Asie-Pacifique affichent une consommation croissante en raison de l’expansion des secteurs de fabrication de produits chimiques.
Les tendances incluent le développement de voies de synthèse plus durables et leur incorporation dans de nouveaux candidats médicaments.
La poussée vers des processus respectueux de l’environnement pourrait influencer la dynamique future du marché.
Statut réglementaire
La N,N-diméthylurée est réglementée par diverses lois sur la sécurité chimique selon la juridiction, notamment REACH dans l'UE et TSCA aux États-Unis.
Bien qu’ils ne soient pas classés comme produits chimiques à haut risque, les fabricants doivent se conformer aux normes de sécurité au travail, aux protocoles de gestion des déchets et aux réglementations en matière de transport.
Recherches et développements récents
Nouvelles approches de synthèse
Des études récentes explorent des méthodes de méthylation catalytique utilisant des donneurs de méthyle moins toxiques et des solvants plus écologiques, visant à remplacer les voies traditionnelles à base d'iodure de méthyle ou de sulfate de diméthyle.
Les approches biocatalytiques et la synthèse assistée par micro-ondes se sont révélées prometteuses en termes d’efficacité accrue et d’impact environnemental réduit.
Nouvelles applications
Les applications émergentes comprennent :
Utiliser comme composant dans les agents de réticulation polymères pour modifier les propriétés des matériaux.
Précurseur de nouveaux hétérocycles ayant une activité antimicrobienne ou anticancéreuse potentielle.
Rôle de stabilisant dans les formulations de catalyseurs avancés pour la synthèse asymétrique.
Défis de la recherche et orientations futures
Les défis actuels portent sur l'amélioration de la sélectivité de la méthylation afin de réduire les sous-produits, l'amélioration des méthodes de production durables et l'extension de l'utilité du composé en science des matériaux. La recherche vise également à développer des dérivés de la N,N-diméthylurée dotés d'activités biologiques spécifiques.
Conclusion
La N,N-diméthylurée est un dérivé d'urée polyvalent et précieux avec de larges applications dans la synthèse organique, les produits pharmaceutiques et les produits agrochimiques.
Ses propriétés chimiques et physiques uniques proviennent des substitutions méthyliques sur les atomes d'azote, influençant la réactivité et la solubilité.
Les méthodes de production industrielle et d’analyse établies du composé fournissent une base solide pour son utilisation continue et son innovation.
Les recherches en cours sur des voies de synthèse plus écologiques et de nouvelles applications promettent d’accroître son importance dans la chimie industrielle et universitaire.
INFORMATIONS DE SÉCURITÉ CONCERNANT LA N,N-DIMÉTHYLURÉE
Mesures de premiers secours :
Description des mesures de premiers secours :
Conseils généraux :
Consultez un médecin.
Montrez cette fiche de données de sécurité au médecin traitant.
Sortez de la zone dangereuse :
En cas d'inhalation :
En cas d'inhalation, déplacer la personne à l'air frais.
En cas d'arrêt respiratoire, pratiquer la respiration artificielle.
Consultez un médecin.
En cas de contact avec la peau :
Retirez immédiatement les vêtements et les chaussures contaminés.
Laver avec du savon et beaucoup d'eau.
Consultez un médecin.
En cas de contact avec les yeux :
Rincer abondamment à l'eau pendant au moins 15 minutes et consulter un médecin.
Continuer à rincer les yeux pendant le transport vers l’hôpital.
En cas d'ingestion :
NE PAS faire vomir.
Ne jamais rien donner par voie orale à une personne inconsciente.
Rincer la bouche avec de l'eau.
Consultez un médecin.
Mesures de lutte contre l'incendie :
Moyens d'extinction :
Moyens d’extinction appropriés :
Utiliser de l’eau pulvérisée, de la mousse résistante à l’alcool, un produit chimique sec ou du dioxyde de carbone.
Dangers particuliers résultant de la substance ou du mélange
Oxydes de carbone, oxydes d'azote (NOx), gaz chlorhydrique
Conseils aux pompiers :
Portez un appareil respiratoire autonome pour lutter contre l'incendie si nécessaire.
Mesures en cas de déversement accidentel :
Précautions individuelles, équipement de protection et procédures d'urgence
Utiliser un équipement de protection individuelle.
Évitez de respirer les vapeurs, les brouillards ou les gaz.
Évacuer le personnel vers des zones sûres.
Précautions environnementales :
Empêcher toute fuite ou tout déversement supplémentaire si cela peut être fait en toute sécurité.
Ne pas laisser le produit pénétrer dans les égouts.
Le rejet dans l’environnement doit être évité.
Méthodes et matériaux de confinement et de nettoyage :
Absorber avec un matériau absorbant inerte et éliminer comme déchet dangereux.
Conserver dans des récipients appropriés et fermés pour l'élimination.
Manipulation et stockage :
Précautions pour une manipulation sans danger :
Éviter l’inhalation de vapeurs ou de brouillards.
Conditions de stockage sûr, y compris d’éventuelles incompatibilités :
Conserver le récipient bien fermé dans un endroit sec et bien aéré.
Les récipients ouverts doivent être soigneusement refermés et maintenus en position verticale pour éviter les fuites.
Classe de stockage (TRGS 510) : 8A : matières dangereuses combustibles et corrosives
Contrôles de l'exposition/protection individuelle :
Paramètres de contrôle :
Composants avec paramètres de contrôle du lieu de travail
Ne contient aucune substance présentant des valeurs limites d’exposition professionnelle.
Contrôles d'exposition :
Contrôles techniques appropriés :
Manipuler conformément aux bonnes pratiques d’hygiène industrielle et de sécurité.
Lavez-vous les mains avant les pauses et à la fin de la journée de travail.
Équipement de protection individuelle :
Protection des yeux/du visage :
Lunettes de sécurité bien ajustées.
Écran facial (8 pouces minimum).
Utilisez un équipement de protection oculaire testé et approuvé selon les normes gouvernementales appropriées telles que NIOSH (États-Unis) ou EN 166 (UE).
Protection de la peau :
Manipuler avec des gants.
Les gants doivent être inspectés avant utilisation.
Utiliser des gants appropriés
technique de retrait (sans toucher la surface extérieure du gant) pour éviter tout contact cutané avec ce produit.
Jetez les gants contaminés après utilisation conformément aux lois en vigueur et aux bonnes pratiques de laboratoire.
Se laver et se sécher les mains.
Contact complet :
Matériau : caoutchouc nitrile
Épaisseur minimale de la couche : 0,11 mm
Temps de percée : 480 min
Matériau testé : Dermatril (KCL 740 / Aldrich Z677272, taille M)
Contact par éclaboussures
Matériau : caoutchouc nitrile
Épaisseur minimale de la couche : 0,11 mm
Temps de percée : 480 min
Matériau testé : Dermatril (KCL 740 / Aldrich Z677272, taille M)
Cela ne doit pas être interprété comme une approbation pour un scénario d’utilisation spécifique.
Protection du corps :
Combinaison complète de protection contre les produits chimiques. Le type d'équipement de protection doit être sélectionné en fonction de la concentration et de la quantité de la substance dangereuse sur le lieu de travail spécifique.
Protection respiratoire :
Lorsque l'évaluation des risques montre que les respirateurs à épuration d'air sont appropriés, utilisez un respirateur complet avec des cartouches respiratoires combinées polyvalentes (US) ou de type ABEK (EN 14387) comme solution de secours aux contrôles techniques.
Si le respirateur est le seul moyen de protection, utilisez un respirateur à adduction d’air complet.
Utilisez des respirateurs et des composants testés et approuvés conformément aux normes gouvernementales appropriées telles que NIOSH (États-Unis) ou CEN (UE).
Contrôle de l'exposition environnementale
Empêcher toute fuite ou tout déversement supplémentaire si cela peut être fait en toute sécurité.
Ne pas laisser le produit pénétrer dans les égouts.
Le rejet dans l’environnement doit être évité.
Stabilité et réactivité :
Stabilité chimique :
Stable dans les conditions de stockage recommandées.
Matériaux incompatibles :
Agents oxydants forts :
Produits de décomposition dangereux :
Des produits de décomposition dangereux se forment en cas d'incendie.
Oxydes de carbone, oxydes d'azote (NOx), gaz chlorhydrique.
Considérations relatives à l’élimination :
Méthodes de traitement des déchets :
Produit:
Proposez les solutions excédentaires et non recyclables à une entreprise d’élimination agréée.
Contactez un service professionnel agréé d’élimination des déchets pour éliminer ce matériau.
Emballage contaminé :
Éliminer comme produit non utilisé
