1,1'-Carbonildiimidazol CAS 530-62-1

1,1'-Carbonildiimidazol, alias N.N'- carbonil diimidazol, 1,1'{- carbonil diimidazol și carbonil diimidazol, formula moleculară C7H6N4O, CAS 530-62-1, greutate moleculară 162,15, cristal alb, insolubil în apă, solubil în alcool și eter. Carbonil diimidazolul este un fel de compus cu reactivitate puternică. Poate reacționa cu^-COOH,^-NH2,^-OH și alte grupări funcționale pentru a sintetiza multe cetone, esteri, uree și alți compuși care sunt greu de obținut prin metode comune. De exemplu, reacția cu amina poate sintetiza pesticide imidazol, evitând în același timp utilizarea fosgenului foarte toxic, care nu este ușor de depozitat și transportat. Folosit în principal pentru sinteza organică, pesticide și intermediari farmaceutici.

Ca reactiv de carbonilare foarte activ,1,1'-Carbonildiimidazol(CDI) a demonstrat o valoare largă de aplicare în sinteza organică, biochimie, știința materialelor și medicină datorită structurii sale chimice unice și a caracteristicilor de reacție.

1. Mecanismul de reacție a miezului și proprietățile chimice

 

Molecula CDI constă din două inele imidazol cu ​​punte de o grupare carbonil. Gruparea sa carbonil este activată de efectul puternic-de retragere a electronilor al inelului imidazol pentru a forma un centru pozitiv de carbon foarte reactiv. Această structură îi permite să reacționeze selectiv cu grupările funcționale care conțin hidrogen activ (cum ar fi -COOH, -NH2, -OH) pentru a genera intermediari precum acil imidazol, carbamoil imidazol sau ester imidazol. Acești intermediari pot reacționa în continuare cu nucleofilii (cum ar fi amine, alcooli, tioli) pentru a forma produse țintă, cum ar fi amide, esteri, uree și carbamați. Caracteristicile sale de reacție includ:

 

 

Selectivitate ridicată: în sistemul de coexistență amină primară/amină secundară, aminele primare sunt activate de preferință la temperatura camerei, iar activarea grupului funcțional dublu poate fi realizată prin reglarea stării.

Condiții de reacție ușoare: nu este nevoie de acid puternic, bază puternică sau temperatură ridicată, iar reacția poate fi finalizată la temperatura camerei până la 60 de grade.
Stabilitate intermediară: intermediarul acil imidazol generat poate fi prezent stabil în solvenți organici timp de câteva ore, ceea ce este convenabil pentru operarea pas cu pas.
Alternativă ne-toxică: poate înlocui fosgenul extrem de toxic (COCl₂) pentru sinteza izocianaților și compușilor ureei.

2. Rol cheie în sinteza peptidelor și proteinelor

 

1. Agent de cuplare cu eficiență-înaltă pentru formarea legăturilor peptidice
CDI este un reactiv de bază în sinteza peptidelor în fază solidă (SPPS) și în sinteza peptidelor în fază lichidă, iar mecanismul său de acțiune include:
Activarea directă a acidului carboxilic: reacționează cu gruparea carboxil a aminoacizilor pentru a genera acil imidazol, care apoi se condensează cu gruparea amino a unui alt aminoacid pentru a forma o legătură peptidică. De exemplu, în sinteza peptidei antimicrobiene LL-37, metoda de cuplare CDI poate crește randamentul cu 15%-20% în comparație cu metoda tradițională DCC/HOBt, reducând în același timp reacția secundară de racemizare.
Protecție selectivă regională: prin ajustarea condițiilor de reacție, se poate obține protecția selectivă a capătului N-terminal sau C-terminal. De exemplu, atunci când sintetizează peptide ciclice, CDI poate activa de preferință grupările carboxil ale lanțului lateral pentru a evita formarea prematură a legăturilor peptidice ale lanțului principal.

 

Modificarea și ramificarea peptidelor: Folosind grupările carboxil activate de CDI, pot fi introduse etichete fluorescente, polietilen glicol (PEG) sau modificarea dendrimerului. De exemplu, izotiocianatul de fluoresceină (FITC) este cuplat la lanțul lateral de lizină al insulinei prin CDI pentru a realiza vizualizarea urmăririi medicamentului.

2. Legătura încrucișată-și imobilizarea proteinelor
Reacțiile de legare încrucișată-mediate de-CDI pot forma legături amidice cu lungime zero-sau legături carbamat cu un singur-carbon distanțat între moleculele de proteine:
Imobilizarea enzimelor: glucozooxidaza (GOx) este imobilizată pe suprafața nanoparticulelor magnetice modificate amino-prin activarea grupărilor carboxil prin CDI. Rata de recuperare a activității enzimei imobilizate ajunge la 92% și poate fi reutilizată de mai mult de 10 ori.
Prepararea complexelor de anticorpi-antigen: în sinteza materialelor imunoadsorbante, CDI poate cupla proteina A la purtători hidroxilați (cum ar fi gelul de agaroză) pentru a forma un strat de adsorbție cu-înaltă afinitate pentru purificarea specifică a IgG în plasmă.

3. Aplicații multifuncționale în sinteza organică

 

1. Sinteza compușilor cetonelor, esterilor și ureei
Sinteza cetonelor: CDI reacţionează cu reactivii organometalici (cum ar fi reactivii Grignard) pentru a construi eficient scheletele cetonice. De exemplu, în sinteza acetofenonei, metoda CDI crește randamentul cu 12% în comparație cu calea tradițională a clorurii de acil și evită generarea de acid clorhidric.
Sinteza esterului: CDI activează acizii carboxilici și îi condensează cu alcooli pentru a forma esteri. Această metodă are avantaje semnificative în sinteza esterilor chirali. De exemplu, în prepararea intermediarilor cheie ai medicamentului antiviral oseltamivir, metoda CDI poate controla excesul enantiomeric (ee) la mai mult de 99%.
Compuși cu uree: CDI reacționează cu aminele pentru a forma intermediari carbamoil imidazol, care sunt în continuare condensați cu o altă amină pentru a forma uree. Această cale scurtează etapele de reacție cu 2 pași în comparație cu metoda fosgenului la sintetizarea erbicidului fluroxipir și crește utilizarea atomică cu 30%.

 

2. Sinteza non-fosgenului de izocianați
CDI reacționează cu aminele pentru a forma izocianați, evitând utilizarea fosgenului foarte toxic. De exemplu, la sintetizarea materiei prime poliuretanice toluen diizocianat (TDI), metoda CDI poate scurta timpul de reacție de la 8 ore la 2 ore, iar puritatea produsului ajunge la 99,5%.

3. Construcția compușilor heterociclici
CDI poate fi utilizat ca donor de carbonil pentru a participa la sinteza heterociclică:

Imidazolopiridine: Prin reacția de ciclizare a CDI și 2-aminopiridinei, scheletul imidazo[1,2-a]piridină cu activitate antitumorală poate fi construit eficient.
-intermediari antibiotic lactamici: CDI reacționează cu sarea de potasiu penicilinei V pentru a sintetiza acidul 7-aminocefalosporanic (7-ACA), un intermediar cheie al antibioticelor cefalosporine, cu un randament crescut cu 18% în comparație cu metodele chimice tradiționale.

4. Tehnologia modificării suprafețelor în știința materialelor

 

1. Functionalizarea polimerului
1,1'-Carbonildiimidazolpoate introduce molecule funcționale în suprafețele polimerului prin legături covalente:

Modificarea biocompatibilității: pe suprafața acidului polilactic-co-acidului (PLGA), CDI poate cupla polietilenglicolul (PEG) sau peptida RGD, reducând semnificativ imunogenitatea materialului și promovând aderența celulară.

Modificarea polimerului conductiv: Pe suprafața polipirolului (PPy), CDI poate imobiliza glucozooxidaza pentru a construi un senzor de glucoză foarte sensibil, cu o limită de detecție de până la 0,1 μM.

 

2. Ingineria suprafeței nanomaterialelor
CDI poate realiza funcționalizarea precisă a nanoparticulelor:

Modificarea punctului cuantic: CDI este utilizat pentru cuplarea punctelor cuantice CdSe carboxilate cu anticorpi amino pentru a construi imunosonde fluorescente pentru detectarea markerului tumoral CA125 cu o sensibilitate de 0,1 ng/mL.

Funcționalizarea nanoparticulelor magnetice: Pe suprafața Fe₃O₄, CDI poate cupla moleculele de acid folic pentru a obține recunoașterea specifică a celulelor tumorale prin sistemele de administrare a medicamentelor țintite.

5. Intermediari farmaceutici si sinteza medicamentelor

 

1. Sinteza intermediarilor antibiotici
CDI este de neînlocuit în sinteza antibioticelor -lactamice:

Modificarea lanțului lateral al cefalosporinei C: CDI activează gruparea carboxil a cefalosporinei C și poate introduce lanțuri laterale de aminotiazol pentru a construi structura de bază a cefalosporinei de generația a treia-.
Conversia sării de potasiu a penicilinei V: CDI poate transforma sarea de potasiu a penicilinei V în acid 6-aminopenicilanic (6-APA) cu un randament de 95% și evită utilizarea cloroformiatului foarte toxic.

 

2. Intermediari cheie ai medicamentelor antivirale
Când sintetizează medicamentul anti-HIV efavirenz, CDI poate construi eficient grupul de uree în structura sa de bază, scurtând etapele de sinteză cu 3 pași în comparație cu calea tradițională, iar randamentul total crește de la 45% la 68%.

3. Modificarea medicamentului anti-tumoral
CDI poate fi utilizat pentru modificarea PEGilării medicamentelor paclitaxel, cum ar fi cuplarea mPEG-2000 la gruparea 2'{-hidroxil a paclitaxelului prin CDI, extinzând semnificativ timpul de înjumătățire al medicamentului (de la 2,8 ore la 24 de ore) și reducând imunogenitatea.

Sinteza de1,1'-Carbonildiimidazol:

Imidazolul reacţionează cu fosgen dizolvat în benzen, clorhidratul de imidazol din reactant este filtrat, iar filtratul este concentrat pentru a obţine 1,1'- carbonildiimidazol cu ​​un randament de 91%.

Se toarnă 200 ml de benzen anhidru într-o pâlnie conică de 500 ml și se cântărește cu un dop. Scoateți dopul de sticlă și instalați o țeavă de admisie a gazului cu un filtru de miez de nisip pe pâlnie. Sub protecția temperaturii camerei și a tubului de uscare se introduc aproximativ 20g fosgen în aproximativ 1h (volumul soluției de benzen crește cu aproximativ 12-16ml). Astupați pâlnia și cântăriți-o imediat. Greutatea reală a fosgenului este de 16,55 g (0,167 moli). Prin urmare, cantitatea necesară de imidazol este calculată în funcție de raportul molar de fosgen la imidazol de 1:4. Apoi, instalați pâlnia pe un balon cu trei gâturi care conține 45,60 g (0,669 mol) imidazol și 500 ml tetrahidrofuran anhidru. Sub răcire și agitare electromagnetică, picurați soluția de benzen de fosgen în 15-30 de minute. Continuați să amestecați timp de 15 minute și lăsați să stea la temperatura camerei timp de 1 oră. Într-o atmosferă uscată, îndepărtați clorhidratul de imidazol cu ​​o pâlnie de miez de nisip. Filtratul a fost concentrat la sec la 40~50 de grade şi s-a redus presiunea pentru a obţine 24,5 g (91%) de cristal incolor.

Atenție! Fosgenul este toxic, iar această operațiune trebuie efectuată în hota.

1. Întrebare: Ca reactiv de cuplare, care sunt principalele avantaje ale CDI în comparație cu DCC sau EDC tradițional?
Cel mai mare avantaj al CDI constă în faptul că subprodușii sai de reacție sunt doar imidazolul și dioxidul de carbon, ambele substanțe volatile sau ușor de îndepărtat cu toxicitate scăzută, evitând astfel problema că reactivii precum DCC pot genera greu-de-eliminat sub{4}}produse DCU (de exemplu). Acest lucru face ca purificarea ulterioară să fie mai simplă și puritatea produsului mai mare, potrivite în special pentru sinteza de peptide sau medicamente care sunt sensibile la impurități.

2. Î: Pe lângă faptul că este utilizat în sinteza amidelor, ce alte aplicații speciale importante are CDI?
Răspuns: O aplicație cheie este prepararea eficientă și blândă a esterilor activi. CDI reacţionează mai întâi cu acizii carboxilici pentru a forma intermediari acilimidazol foarte activi, care pot reacţiona cu N-hidroxisuccinimidă (NHS) şi altele pentru a genera esteri activi NHS stabili. Acești esteri activi sunt utilizați pe scară largă în conjugarea biologică și modificarea proteinelor datorită stabilității lor bune în faza apoasă.

3. Î: Ce măsuri de siguranță cheie ar trebui luate atunci când utilizați și stocați CDI?
Răspuns: CDI este extrem de sensibil la umiditate. Când vine în contact cu apa, se va hidroliza rapid și va elibera dioxid de carbon, ceea ce poate provoca o creștere a presiunii în interiorul unui recipient etanș. Prin urmare, trebuie operat și depozitat într-o atmosferă inertă anhidră, cum ar fi azotul sau argonul. Între timp, CDI în sine este foarte iritant și poate coroda ochii, pielea și tractul respirator. În timpul funcționării, trebuie purtat echipament de protecție adecvat (ochelari de protecție, mănuși, hote).

Tag-uri populare: 1,1'-carbonildiimidazol cas 530-62-1, furnizori, producători, fabrică, en-gros, cumpărare, preț, vrac, de vânzare