1,1'-Карбонилдиимидазол CAS 530-62-1

1,1'-Карбонилдиимидазол, псевдоним N.N'- карбонил диимидазол, 1,1'- карбонил диимидазол и карбонил диимидазол, молекулна формула C7H6N4O, CAS 530-62-1, молекулно тегло 162.15, бял кристал, неразтворим във вода, разтворим в алкохол и етер. Карбонил диимидазолът е вид съединение със силна реактивност. Може да реагира с^-COOH,^-NH2,^-ОН и други функционални групи за синтезиране на много кетони, естери, уреи и други съединения, които са трудни за получаване чрез обичайните методи. Например реакцията с амин може да синтезира имидазолови пестициди, като същевременно се избягва използването на силно токсичен фосген, който не е лесен за съхранение и транспортиране. Използва се главно за органичен синтез, пестициди и фармацевтични междинни продукти.

Като силно активен карбонилиращ реагент,1,1'-Карбонилдиимидазол(CDI) е показал широко приложение в органичния синтез, биохимията, науката за материалите и медицината поради своята уникална химична структура и реакционни характеристики.

1. Реакционен механизъм на ядрото и химични свойства

 

CDI молекулата се състои от два имидазолови пръстена, свързани с мост от карбонилна група. Неговата карбонилна група се активира от силния електрон{1}}оттеглящ ефект на имидазоловия пръстен, за да образува силно реактивен въглероден положителен център. Тази структура му позволява да реагира селективно с функционални групи, съдържащи активен водород (като -COOH, -NH₂, -OH) за генериране на междинни продукти като ацилимидазол, карбамоил имидазол или естер имидазол. Тези междинни продукти могат допълнително да реагират с нуклеофили (като амини, алкохоли, тиоли) за образуване на целеви продукти като амиди, естери, уреи и карбамати. Реакционните му характеристики включват:

 

 

Висока селективност: В системата за съвместно съществуване на първичен амин/вторичен амин първичните амини се активират преференциално при стайна температура и активирането на двойна функционална група може да се постигне чрез регулиране на условията.

Меки реакционни условия: не се изисква силна киселина, силна основа или висока температура и реакцията може да завърши при стайна температура до 60 градуса.
Междинна стабилност: генерираният междинен ацилимидазол може да присъства стабилно в органични разтворители в продължение на няколко часа, което е удобно за работа стъпка-по-стъпка.
Не{0}}токсична алтернатива: може да замени силно токсичния фосген (COCl₂) за синтеза на изоцианати и урея.

2. Ключова роля в синтеза на пептиди и протеини

 

1. Високо{1}}ефективен свързващ агент за образуване на пептидна връзка
CDI е основен реагент в твърдофазния пептиден синтез (SPPS) и течнофазовия пептиден синтез и механизмът му на действие включва:
Директно активиране на карбоксилна киселина: реагира с карбоксилната група на аминокиселините, за да генерира ацилимидазол, който след това кондензира с аминогрупата на друга аминокиселина, за да образува пептидна връзка. Например, при синтеза на антимикробен пептид LL-37, CDI методът на свързване може да увеличи добива с 15%-20% в сравнение с традиционния DCC/HOBt метод, като същевременно намалява страничната реакция на рацемизация.
Регионална селективна защита: чрез регулиране на реакционните условия може да се постигне селективна защита на N-края или C-края. Например, когато се синтезират циклични пептиди, CDI може преференциално да активира карбоксилните групи на страничната верига, за да се избегне преждевременното образуване на пептидни връзки на основната верига.

 

Пептидна модификация и разклоняване: Използвайки карбоксилните групи, активирани от CDI, могат да бъдат въведени флуоресцентни етикети, полиетилен гликол (PEG) или модификация на дендример. Например, флуоресцеин изотиоцианат (FITC) се свързва към лизиновата странична верига на инсулина чрез CDI, за да се постигне визуализация на проследяване на лекарството.

2. Протеиново кръстосано-свързване и обездвижване
CDI-медиираните реакции на кръстосано-свързване могат да образуват амидни връзки с нулева-дължина или единични-въглеродни карбаматни връзки между протеинови молекули:
Ензимна имобилизация: Глюкозооксидазата (GOx) се имобилизира на повърхността на амино-модифицирани магнитни наночастици чрез активиране на карбоксилните групи чрез CDI. Скоростта на възстановяване на активността на имобилизирания ензим достига 92% и може да се използва повторно повече от 10 пъти.
Приготвяне на антитяло-антигенни комплекси: При синтеза на имуноадсорбиращи материали, CDI може да свързва протеин А с хидроксилирани носители (като агарозен гел), за да образува адсорбционен слой с висок-афинитет за специфичното пречистване на IgG в плазмата.

3. Многофункционални приложения в органичния синтез

 

1. Синтез на кетони, естерни и карбамидни съединения
Синтез на кетони: CDI реагира с органометални реагенти (като реактиви на Гринярд), за да конструира ефективно кетонни скелети. Например при синтеза на ацетофенон методът CDI увеличава добива с 12% в сравнение с традиционния път на ацил хлорид и избягва генерирането на хлороводород.
Синтез на естер: CDI активира карбоксилните киселини и ги кондензира с алкохоли, за да образуват естери. Този метод има значителни предимства при синтеза на хирални естери. Например, при получаването на ключови междинни продукти на антивирусното лекарство озелтамивир, CDI методът може да контролира енантиомерния излишък (ее) до повече от 99%.
Съединения на урея: CDI реагира с амини, за да образува карбамоил имидазол междинни съединения, които допълнително се кондензират с друг амин, за да образуват урея. Този път съкращава етапите на реакцията с 2 стъпки в сравнение с метода с фосген при синтезирането на хербицида флуроксипир и увеличава атомното използване с 30%.

 

2. Не-фосгенов синтез на изоцианати
CDI реагира с амини, за да образува изоцианати, избягвайки използването на силно токсичен фосген. Например, когато се синтезира полиуретанова суровина толуен диизоцианат (TDI), методът CDI може да съкрати реакционното време от 8 часа на 2 часа, а чистотата на продукта достига 99,5%.

3. Строеж на хетероциклени съединения
CDI може да се използва като карбонил донор за участие в хетероцикличен синтез:

Имидазолопиридини: Чрез реакцията на циклизация на CDI и 2-аминопиридин, имидазо[1,2-a]пиридиновият скелет с антитуморна активност може да бъде ефективно конструиран.
-лактамни антибиотични междинни продукти: CDI реагира с калиевата сол на пеницилин V, за да синтезира 7-аминоцефалоспоранова киселина (7-ACA), ключов междинен продукт на цефалоспориновите антибиотици, с добив, увеличен с 18% в сравнение с традиционните химични методи.

4. Технология за модифициране на повърхността в материалознанието

 

1. Полимерна функционализация
1,1'-Карбонилдиимидазолможе да въведе функционални молекули в полимерни повърхности чрез ковалентни връзки:

Модификация на биосъвместимостта: На повърхността на полимлечна киселина-co-гликолова киселина (PLGA), CDI може да свързва полиетилен гликол (PEG) или RGD пептид, като значително намалява имуногенността на материала и насърчава клетъчната адхезия.

Проводима полимерна модификация: На повърхността на полипирол (PPy), CDI може да имобилизира глюкозооксидазата, за да конструира високочувствителен сензор за глюкоза с граница на откриване до 0,1 μM.

 

2. Повърхностно инженерство на наноматериали
CDI може да постигне прецизна функционализация на наночастиците:

Модификация на квантова точка: CDI се използва за свързване на карбоксилирани CdSe квантови точки с амино антитела за конструиране на флуоресцентни имунопроби за откриване на туморен маркер CA125 с чувствителност от 0,1 ng/mL.

Функционализиране на магнитни наночастици: На повърхността на Fe3O4, CDI може да свързва молекули на фолиева киселина, за да постигне специфично разпознаване на туморни клетки чрез целеви системи за доставяне на лекарства.

5. Фармацевтични междинни продукти и синтез на лекарства

 

1. Синтез на антибиотични междинни продукти
CDI е незаменим при синтеза на -лактамни антибиотици:

Модификация на страничната верига на цефалоспорин С: CDI активира карбоксилната група на цефалоспорин С и може да въведе странични вериги на аминотиазол, за да изгради основната структура на цефалоспорин от трето-поколение.
Преобразуване на калиевата сол на пеницилин V: CDI може да преобразува калиевата сол на пеницилин V в 6-аминопенициланова киселина (6-APA) с добив от 95% и избягва използването на силно токсичен хлороформат.

 

2. Ключови междинни продукти на антивирусни лекарства
Когато синтезира анти{0}}HIV лекарството ефавиренц, CDI може ефективно да конструира групата на урея в основната си структура, като съкращава стъпките на синтез с 3 стъпки в сравнение с традиционния път и общият добив се увеличава от 45% на 68%.

3. Модификация на анти{1}}туморни лекарства
CDI може да се използва за модификация на ПЕГилиране на лекарства с паклитаксел, като свързване на mPEG-2000 към 2'-хидроксилната група на паклитаксел чрез CDI, значително удължаване на полуживота на лекарството (от 2,8 часа до 24 часа) и намаляване на имуногенността.

Синтез на1,1'-Карбонилдиимидазол:

Имидазолът взаимодейства с фосген, разтворен в бензен, имидазол хидрохлоридът в реагента се филтрува и филтратът се концентрира до получаване на 1,1'- карбонилдиимидазол с добив 91%.

Изсипете 200 ml безводен бензен в конична фуния от 500 ml и я претеглете със запушалка. Отстранете стъклената запушалка и монтирайте тръба за подаване на газ с пясъчен филтър върху фунията. Под защитата на стайна температура и изсушаваща тръба се въвеждат около 20g фосген за около 1h (обемът на бензеновия разтвор се увеличава с около 12-16ml). Запушете фунията и я претеглете веднага. Действителното тегло на фосгена е 16,55 g (0,167 mol). Следователно необходимото количество имидазол се изчислява според моларното съотношение на фосген към имидазол 1:4. След това монтирайте фунията върху колба с три гърла, съдържаща 45,60 g (0,669 mol) имидазол и 500 ml безводен тетрахидрофуран. При охлаждане и електромагнитно разбъркване капнете бензеновия разтвор на фосген в рамките на 15-30 минути. Продължете да смесвате за 15 минути и оставете да престои на стайна температура за 1 час. В суха атмосфера отстранете имидазоловия хидрохлорид с фуния с пясъчна сърцевина. Филтратът се концентрира до сухо при 40~50 градуса и понижено налягане, за да се получат 24.5g (91%) безцветен кристал.

Бъдете внимателни! Фосгенът е токсичен и тази операция трябва да се извърши в аспиратора.

1. Въпрос: Като свързващ реагент, какви са основните предимства на CDI в сравнение с традиционните DCC или EDC?
Най-голямото предимство на CDI се крие във факта, че страничните -продукти на реакцията му са само имидазол и въглероден диоксид, като и двата са летливи или лесно отстраними ниско-токсични вещества, като по този начин се избягва проблемът, че реагенти като DCC могат да генерират трудни-за-отстраняване-странични-продукти (като DCU). Това прави последващото пречистване по-лесно и чистотата на продукта по-висока, особено подходящо за синтеза на пептиди или лекарства, които са чувствителни към примеси.

2. Въпрос: Освен че се използва в синтеза на амиди, какви други важни специални приложения има CDI?
Отговор: Ключово приложение е ефективното и нежно приготвяне на активни естери. CDI първо реагира с карбоксилни киселини, за да образува високоактивни ацилимидазолови междинни съединения, които могат да реагират с N-хидроксисукцинимид (NHS) и други, за да генерират стабилни NHS активни естери. Тези активни естери се използват широко при биологично конюгиране и протеинова модификация поради добрата им стабилност във водната фаза.

3. Въпрос: Какви основни предпазни мерки трябва да се вземат при използване и съхранение на CDI?
Отговор: CDI е изключително чувствителен към влага. Когато влезе в контакт с вода, той бързо ще се хидролизира и ще освободи въглероден диоксид, което може да причини повишаване на налягането вътре в запечатан контейнер. Следователно той трябва да работи и да се съхранява в безводна инертна атмосфера като азот или аргон. Междувременно самият CDI е силно дразнещ и може да разяде очите, кожата и дихателните пътища. По време на работа трябва да се носят подходящи предпазни средства (очила, ръкавици, абсорбатори).

Популярни тагове: 1,1'-carbonyldiimidazole cas 530-62-1, доставчици, производители, фабрика, търговия на едро, купуване, цена, насипно състояние, за продажба