1,1'-Karbonyldiimidazol CAS 530-62-1

1,1'-Karbonyldiimidazol, alias N.N'- karbonyldiimidazol, 1,1'- karbonyldiimidazol a karbonyldiimidazol, molekulový vzorec C7H6N4O, CAS 530-62-1, molekulová hmotnost 162,15, bílý krystal, nerozpustný ve vodě, rozpustný v alkoholu a etheru. Karbonyldiimidazol je druh sloučeniny se silnou reaktivitou. Může reagovat s^-COOH,^-NH2,^-OH a dalších funkčních skupin k syntéze mnoha ketonů, esterů, močovin a dalších sloučenin, které je obtížné získat běžnými metodami. Reakcí s aminem lze například syntetizovat imidazolové pesticidy, přičemž se vyhneme použití vysoce toxického fosgenu, který není snadné skladovat a přepravovat. Používá se hlavně pro organickou syntézu, pesticidy a farmaceutické meziprodukty.

Jako vysoce aktivní karbonylační činidlo,1,1'-Karbonyldiimidazol(CDI) prokázal širokou aplikační hodnotu v organické syntéze, biochemii, materiálové vědě a medicíně díky své jedinečné chemické struktuře a reakčním charakteristikám.

1. Mechanismus reakce jádra a chemické vlastnosti

 

Molekula CDI se skládá ze dvou imidazolových kruhů přemostěných karbonylovou skupinou. Jeho karbonylová skupina je aktivována silným elektron-stahujícím účinkem imidazolového kruhu za vzniku vysoce reaktivního uhlíkově pozitivního centra. Tato struktura mu umožňuje selektivně reagovat s funkčními skupinami obsahujícími aktivní vodík (jako je -COOH, -NH2, -OH) za vzniku meziproduktů, jako je acylimidazol, karbamoylimidazol nebo ester imidazol. Tyto meziprodukty mohou dále reagovat s nukleofily (jako jsou aminy, alkoholy, thioly) za vzniku cílových produktů, jako jsou amidy, estery, močoviny a karbamáty. Mezi jeho reakční vlastnosti patří:

 

 

Vysoká selektivita: V systému koexistence primárního aminu/sekundárního aminu jsou primární aminy přednostně aktivovány při teplotě místnosti a aktivace duálních funkčních skupin lze dosáhnout regulací podmínek.

Mírné reakční podmínky: není vyžadována žádná silná kyselina, silná báze nebo vysoká teplota a reakce může být dokončena při teplotě místnosti až 60 stupňů.
Stabilita meziproduktu: vytvořený acylimidazolový meziprodukt může být stabilně přítomen v organických rozpouštědlech několik hodin, což je vhodné pro postup{0}}za{1}}krokem.
Ne{0}}toxická alternativa: může nahradit vysoce toxický fosgen (COCl₂) pro syntézu izokyanátů a sloučenin močoviny.

2. Klíčová role v syntéze peptidů a proteinů

 

1. Vysoce{1}}účinné spojovací činidlo pro tvorbu peptidové vazby
CDI je základní činidlo při syntéze peptidů na pevné fázi (SPPS) a syntéze peptidů v kapalné fázi a jeho mechanismus účinku zahrnuje:
Přímá aktivace karboxylové kyseliny: reaguje s karboxylovou skupinou aminokyselin za vzniku acylimidazolu, který pak kondenzuje s aminoskupinou jiné aminokyseliny za vzniku peptidové vazby. Například při syntéze antimikrobiálního peptidu LL-37 může metoda CDI kondenzace zvýšit výtěžek o 15 % až 20 % ve srovnání s tradiční metodou DCC/HOBt, přičemž se sníží vedlejší racemizační reakce.
Regionální selektivní ochrana: úpravou reakčních podmínek lze dosáhnout selektivní ochrany N-konce nebo C-konce. Například při syntéze cyklických peptidů může CDI přednostně aktivovat karboxylové skupiny postranního řetězce, aby se zabránilo předčasné tvorbě peptidových vazeb hlavního řetězce.

 

Modifikace a větvení peptidu: Pomocí karboxylových skupin aktivovaných CDI lze zavést fluorescenční značky, polyethylenglykol (PEG) nebo modifikaci dendrimeru. Například fluorescein isothiokyanát (FITC) je navázán na lysinový postranní řetězec inzulínu prostřednictvím CDI, aby se dosáhlo vizualizace sledování léčiva.

2. Proteinové křížové-vazby a imobilizace
CDI -zprostředkované zesíťovací-reakce mohou tvořit amidové vazby nulové{2}}délky nebo jednoduché-karbamátové vazby s mezerami mezi molekulami proteinů:
Imobilizace enzymu: Glukóza oxidáza (GOx) je imobilizována na povrchu amino-modifikovaných magnetických nanočástic aktivací karboxylových skupin prostřednictvím CDI. Míra obnovení aktivity imobilizovaného enzymu dosahuje 92 % a lze jej znovu použít více než 10krát.
Příprava protilátkových-antigenových komplexů: Při syntéze imunoadsorbčních materiálů může CDI navázat protein A na hydroxylované nosiče (jako je agarózový gel) za vzniku vysoce{1}}afinitní adsorpční vrstvy pro specifické čištění IgG v plazmě.

3. Multifunkční aplikace v organické syntéze

 

1. Syntéza ketonů, esterových a močovinových sloučenin
Syntéza ketonů: CDI reaguje s organokovovými činidly (jako jsou Grignardova činidla) za účelem účinné konstrukce ketonových skeletů. Například při syntéze acetofenonu metoda CDI zvyšuje výtěžek o 12 % ve srovnání s tradiční acylchloridovou cestou a zabraňuje tvorbě chlorovodíku.
Syntéza esteru: CDI aktivuje karboxylové kyseliny a kondenzuje je s alkoholy za vzniku esterů. Tato metoda má významné výhody při syntéze chirálních esterů. Například při přípravě klíčových meziproduktů antivirového léčiva oseltamiviru může metoda CDI kontrolovat enantiomerní přebytek (ee) na více než 99 %.
Sloučeniny močoviny: CDI reaguje s aminy za vzniku karbamoylimidazolových meziproduktů, které se dále kondenzují s dalším aminem za vzniku močoviny. Tato cesta zkracuje reakční kroky o 2 kroky ve srovnání s fosgenovou metodou při syntéze herbicidu fluroxypyr a zvyšuje atomové využití o 30 %.

 

2. Ne-fosgenová syntéza izokyanátů
CDI reaguje s aminy za vzniku izokyanátů, čímž se vyhýbá použití vysoce toxického fosgenu. Například při syntéze polyuretanové suroviny toluendiisokyanátu (TDI) může metoda CDI zkrátit reakční dobu z 8 hodin na 2 hodiny a čistota produktu dosahuje 99,5 %.

3. Konstrukce heterocyklických sloučenin
CDI může být použit jako donor karbonylu k účasti na heterocyklické syntéze:

Imidazolopyridiny: Prostřednictvím cyklizační reakce CDI a 2-aminopyridinu lze účinně konstruovat imidazo[1,2-a]pyridinový skelet s protinádorovou aktivitou.
-Meziprodukty laktamových antibiotik: CDI reaguje s draselnou solí penicilinu V a syntetizuje kyselinu 7-aminocefalosporanovou (7-ACA), klíčový meziprodukt cefalosporinových antibiotik, s výtěžkem zvýšeným o 18 % ve srovnání s tradičními chemickými metodami.

4. Technologie povrchových úprav v materiálové vědě

 

1. Funkcionalizace polymerů
1,1'-Karbonyldiimidazolmůže zavést funkční molekuly do polymerních povrchů prostřednictvím kovalentních vazeb:

Modifikace biokompatibility: Na povrchu kyseliny polymléčné -ko{1}}kyseliny glykolové (PLGA) může CDI vázat polyethylenglykol (PEG) nebo peptid RGD, což významně snižuje imunogenicitu materiálu a podporuje buněčnou adhezi.

Modifikace vodivého polymeru: Na povrchu polypyrrolu (PPy) může CDI imobilizovat glukózooxidázu a vytvořit vysoce citlivý glukózový senzor s detekčním limitem jen 0,1 μM.

 

2. Povrchové inženýrství nanomateriálů
CDI může dosáhnout přesné funkcionalizace nanočástic:

Modifikace kvantové tečky: CDI se používá ke spojení karboxylovaných kvantových teček CdSe s amino protilátkami ke konstrukci fluorescenčních imunosond pro detekci nádorového markeru CA125 s citlivostí 0,1 ng/ml.

Funkcionalizace magnetických nanočástic: Na povrchu Fe3O4 může CDI vázat molekuly kyseliny listové pro dosažení specifického rozpoznání nádorových buněk pomocí systémů cíleného dodávání léků.

5. Farmaceutické meziprodukty a syntéza léčiv

 

1. Syntéza antibiotických meziproduktů
CDI je nenahraditelný při syntéze -laktamových antibiotik:

Modifikace postranního řetězce cefalosporinu C: CDI aktivuje karboxylovou skupinu cefalosporinu C a může zavést aminothiazolové postranní řetězce ke konstrukci základní struktury cefalosporinu třetí-generace.
Konverze draselné soli penicilinu V: CDI dokáže převést draselnou sůl penicilinu V na kyselinu 6-aminopenicilanovou (6-APA) s výtěžkem 95 % a vyhýbá se použití vysoce toxického chloroformiátu.

 

2. Klíčové meziprodukty antivirotik
Při syntéze léku proti{0}}HIV efavirenzu může CDI efektivně zkonstruovat močovinovou skupinu v její základní struktuře, čímž zkrátí kroky syntézy o 3 kroky ve srovnání s tradiční cestou a celkový výtěžek se zvýší ze 45 % na 68 %.

3. Modifikace proti-léků
CDI lze použít pro PEGylační modifikaci paklitaxelových léků, jako je navázání mPEG-2000 na 2'-hydroxylovou skupinu paklitaxelu prostřednictvím CDI, což významně prodlužuje poločas léčiva (z 2,8 hodin na 24 hodin) a snižuje imunogenicitu.

Syntéza1,1'-Karbonyldiimidazol:

Imidazol se nechá reagovat s fosgenem rozpuštěným v benzenu, hydrochlorid imidazolu v reaktantu se odfiltruje a filtrát se zahustí, čímž se získá 1,1'-karbonyldiimidazol s výtěžkem 91 %.

Do kuželové nálevky o objemu 500 ml nalijte 200 ml bezvodého benzenu a zvažte ji zátkou. Odstraňte skleněnou zátku a na nálevku nainstalujte přívodní potrubí plynu s pískovým filtrem. Pod ochranou při pokojové teplotě a sušící trubicí se za přibližně 1 hodinu zavede asi 20 g fosgenu (objem roztoku benzenu se zvýší asi o 12-16 ml). Nálevku uzavřete a ihned ji zvažte. Skutečná hmotnost fosgenu je 16,55 g (0,167 mol). Potřebné množství imidazolu se proto vypočítá podle molárního poměru fosgenu k imidazolu 1:4. Poté se nálevka nainstaluje do tříhrdlé baňky obsahující 45,60 g (0,669 mol) imidazolu a 500 ml bezvodého tetrahydrofuranu. Za chlazení a elektromagnetického míchání přikapejte benzenový roztok fosgenu během 15-30 minut. Pokračujte v míchání po dobu 15 minut a nechte stát při pokojové teplotě po dobu 1 hodiny. V suché atmosféře se hydrochlorid imidazolu odstraní nálevkou s pískovým jádrem. Filtrát byl zahuštěn do sucha při 40-50 stupních a sníženém tlaku, čímž bylo získáno 24,5 g (91 %) bezbarvých krystalů.

Buďte opatrní! Fosgen je toxický a tato operace by měla být prováděna v digestoři.

1. Otázka: Jaké jsou hlavní výhody CDI jakožto spojovacího činidla ve srovnání s tradičním DCC nebo EDC?
Největší výhoda CDI spočívá ve skutečnosti, že jeho vedlejšími-produkty jsou pouze imidazol a oxid uhličitý, oba jsou těkavé nebo snadno odstranitelné nízkotoxické-látky, čímž se předchází problému, že činidla jako DCC mohou generovat obtížně--odstranitelné-produkty (jako je DCU). To zjednodušuje následné čištění a zvyšuje čistotu produktu, což je zvláště vhodné pro syntézu peptidů nebo léků citlivých na nečistoty.

2. Otázka: Jaké další důležité speciální aplikace má CDI kromě použití při syntéze amidů?
Odpověď: Klíčovou aplikací je účinná a šetrná příprava aktivních esterů. CDI nejprve reaguje s karboxylovými kyselinami za vzniku vysoce aktivních acylimidazolových meziproduktů, které mohou reagovat s N-hydroxysukcinimidem (NHS) a dalšími za vzniku stabilních aktivních esterů NHS. Tyto aktivní estery jsou široce používány v biologické konjugaci a modifikaci proteinů kvůli jejich dobré stabilitě ve vodné fázi.

3. Otázka: Jaká klíčová bezpečnostní opatření je třeba dodržovat při používání a skladování CDI?
Odpověď: CDI je extrémně citlivý na vlhkost. Když přijde do kontaktu s vodou, rychle hydrolyzuje a uvolňuje oxid uhličitý, což může způsobit zvýšení tlaku uvnitř uzavřené nádoby. Proto musí být provozován a skladován v bezvodé inertní atmosféře, jako je dusík nebo argon. Mezitím samotný CDI je vysoce dráždivý a může poleptat oči, kůži a dýchací cesty. Při provozu je nutné používat vhodné ochranné pomůcky (brýle, rukavice, digestoř).

Populární Tagy: 1,1'-karbonyldiimidazol cas 530-62-1, dodavatelé, výrobci, továrna, velkoobchod, koupit, cena, hromadné, na prodej