1,1'-karbonyldiimidazol CAS 530-62-1

1,1'-karbonyldiimidazol, alias N.N'-karbonyldiimidazol, 1,1'-karbonyldiimidazol och karbonyldiimidazol, molekylformel C7H6N4O, CAS 530-62-1, molekylvikt 162.15, vita kristaller, olöslig i vatten och i alkohol och eterlöslig. Karbonyldiimidazol är en slags förening med stark reaktivitet. Den kan reagera med^-COOH,^-NH2,^-OH och andra funktionella grupper för att syntetisera många ketoner, estrar, karbamider och andra föreningar som är svåra att erhålla med vanliga metoder. Till exempel kan reaktionen med amin syntetisera imidazolbekämpningsmedel, samtidigt som man undviker användningen av mycket giftig fosgen som inte är lätt att lagra och transportera. Används huvudsakligen för organisk syntes, bekämpningsmedel och farmaceutiska intermediärer.

Som ett mycket aktivt karbonyleringsreagens,1,1'-karbonyldiimidazol(CDI) har visat ett stort tillämpningsvärde inom organisk syntes, biokemi, materialvetenskap och medicin på grund av dess unika kemiska struktur och reaktionsegenskaper.

1. Kärnreaktionsmekanism och kemiska egenskaper

 

CDI-molekylen består av två imidazolringar överbryggade av en karbonylgrupp. Dess karbonylgrupp aktiveras av imidazolringens starka elektronåtdragande effekt för att bilda ett mycket reaktivt kolpositivt centrum. Denna struktur gör det möjligt för den att reagera selektivt med funktionella grupper som innehåller aktivt väte (såsom -COOH, -NH2, -OH) för att generera mellanprodukter såsom acylimidazol, karbamoylimidazol eller esterimidazol. Dessa intermediärer kan vidare reagera med nukleofiler (såsom aminer, alkoholer, tioler) för att bilda målprodukter såsom amider, estrar, karbamider och karbamater. Dess reaktionsegenskaper inkluderar:

 

 

Hög selektivitet: I det primära amin/sekundära amin-samexistenssystemet aktiveras primära aminer företrädesvis vid rumstemperatur, och dubbelfunktionell gruppaktivering kan uppnås genom tillståndsreglering.

Milda reaktionsförhållanden: ingen stark syra, stark bas eller hög temperatur krävs, och reaktionen kan slutföras vid rumstemperatur till 60 grader.
Mellanliggande stabilitet: den genererade acylimidazol-mellanprodukten kan vara stabilt närvarande i organiska lösningsmedel i flera timmar, vilket är bekvämt för steg-för-steg.
Icke-toxiskt alternativ: det kan ersätta mycket giftig fosgen (COCl₂) för syntes av isocyanater och ureaföreningar.

2. Nyckelroll i peptid- och proteinsyntes

 

1. Hög- kopplingsmedel för bildning av peptidbindningar
CDI är ett kärnreagens i fastfaspeptidsyntes (SPPS) och flytande faspeptidsyntes, och dess verkningsmekanism inkluderar:
Direkt aktivering av karboxylsyra: reagerar med aminosyrornas karboxylgrupp för att generera acylimidazol, som sedan kondenserar med aminogruppen i en annan aminosyra för att bilda en peptidbindning. Till exempel, i syntesen av antimikrobiell peptid LL-37, kan CDI-kopplingsmetoden öka utbytet med 15%-20% jämfört med den traditionella DCC/HOBt-metoden, samtidigt som racemiseringsbireaktionen reduceras.
Regionalt selektivt skydd: genom att justera reaktionsförhållandena kan selektivt skydd av N-terminalen eller C-terminalen uppnås. Till exempel, när man syntetiserar cykliska peptider, kan CDI preferentiellt aktivera sidokedjekarboxylgrupperna för att undvika för tidig bildning av huvudkedjans peptidbindningar.

 

Peptidmodifiering och förgrening: Genom att använda karboxylgrupperna aktiverade av CDI kan fluorescerande märkningar, polyetylenglykol (PEG) eller dendrimermodifiering införas. Till exempel kopplas fluoresceinisotiocyanat (FITC) till lysinsidokedjan av insulin genom CDI för att uppnå läkemedelsspårningsvisualisering.

2. Proteinkorslänkning-och immobilisering
CDI-förmedlade tvärbindningsreaktioner- kan bilda noll-amidbindningar eller enkel-karbamatbindningar mellan proteinmolekyler:
Enzymmobilisering: Glukosoxidas (GOx) immobiliseras på ytan av amino-modifierade magnetiska nanopartiklar genom att aktivera karboxylgrupperna genom CDI. Aktivitetsåtervinningshastigheten för det immobiliserade enzymet når 92 %, och det kan återanvändas mer än 10 gånger.
Beredning av antikropps-antigenkomplex: Vid syntesen av immunadsorberande material kan CDI koppla protein A till hydroxylerade bärare (som agarosgel) för att bilda ett adsorptionsskikt med hög-affinitet för den specifika reningen av IgG i plasma.

3. Multifunktionella applikationer i organisk syntes

 

1. Syntes av ketoner, ester och ureaföreningar
Syntes av ketoner: CDI reagerar med organometalliska reagenser (som Grignard-reagenser) för att effektivt konstruera ketonskelett. Till exempel, vid syntesen av acetofenon, ökar CDI-metoden utbytet med 12 % jämfört med den traditionella acylkloridvägen och undviker alstring av väteklorid.
Syntes av ester: CDI aktiverar karboxylsyror och kondenserar dem med alkoholer för att bilda estrar. Denna metod har betydande fördelar vid syntesen av kirala estrar. Till exempel, vid framställning av nyckelmellanprodukter av det antivirala läkemedlet oseltamivir, kan CDI-metoden kontrollera det enantiomera överskottet (ee) till mer än 99 %.
Ureaföreningar: CDI reagerar med aminer för att bilda karbamoylimidazol-mellanprodukter, som ytterligare kondenseras med en annan amin för att bilda urea. Denna väg förkortar reaktionsstegen med 2 steg jämfört med fosgenmetoden vid syntetisering av herbiciden fluroxypyr och ökar atomutnyttjandet med 30 %.

 

2. Icke-fosgensyntes av isocyanater
CDI reagerar med aminer för att bilda isocyanater och undviker användningen av mycket giftig fosgen. Till exempel, när man syntetiserar polyuretanråvara toluendiisocyanat (TDI), kan CDI-metoden förkorta reaktionstiden från 8 timmar till 2 timmar, och produktens renhet når 99,5%.

3. Konstruktion av heterocykliska föreningar
CDI kan användas som en karbonyldonator för att delta i heterocyklisk syntes:

Imidazolopyridiner: Genom cykliseringsreaktionen av CDI och 2-aminopyridin kan imidazo[1,2-a]pyridinskelettet med antitumöraktivitet konstrueras effektivt.
-laktamantibiotikamellanprodukter: CDI reagerar med penicillin V kaliumsalt för att syntetisera 7-aminocefalosporansyra (7-ACA), en nyckelmellanprodukt av cefalosporinantibiotika, med ett utbyte som ökat med 18 % jämfört med traditionella kemiska metoder.

4. Ytmodifieringsteknik inom materialvetenskap

 

1. Polymerfunktionalisering
1,1'-karbonyldiimidazolkan introducera funktionella molekyler i polymerytor genom kovalenta bindningar:

Biokompatibilitetsmodifiering: På ytan av polymjölksyra-sam-glykolsyra (PLGA) kan CDI koppla polyetylenglykol (PEG) eller RGD-peptid, vilket avsevärt minskar materialets immunogenicitet och främjar celladhesion.

Konduktiv polymermodifiering: På ytan av polypyrrol (PPy) kan CDI immobilisera glukosoxidas för att konstruera en mycket känslig glukossensor med en detektionsgräns så låg som 0,1 μM.

 

2. Ytteknik för nanomaterial
CDI kan uppnå exakt funktionalisering av nanopartiklar:

Kvantprickmodifiering: CDI används för att koppla karboxylerade CdSe-kvantprickar med aminoantikroppar för att konstruera fluorescerande immunprober för detektion av tumörmarkör CA125 med en känslighet på 0,1 ng/ml.

Funktionalisering av magnetiska nanopartiklar: På ytan av Fe₃O4 kan CDI koppla folsyramolekyler för att uppnå specifik igenkänning av tumörceller genom riktade läkemedelstillförselsystem.

5. Farmaceutiska intermediärer och läkemedelssyntes

 

1. Syntes av antibiotiska intermediärer
CDI är oersättlig i syntesen av -laktamantibiotika:

Modifiering av cefalosporin C-sidokedjor: CDI aktiverar karboxylgruppen i cefalosporin C och kan introducera aminotiazolsidokedjor för att konstruera kärnstrukturen i tredje-generationens cefalosporin.
Penicillin V kaliumsaltomvandling: CDI kan omvandla penicillin V kaliumsalt till 6-aminopenicillansyra (6-APA) med ett utbyte på 95 % och undviker användningen av mycket giftigt klorformiat.

 

2. Viktiga intermediärer av antivirala läkemedel
När man syntetiserar anti-HIV-läkemedlet efavirenz kan CDI effektivt konstruera ureagruppen i dess kärnstruktur, förkorta syntesstegen med 3 steg jämfört med den traditionella vägen, och det totala utbytet ökas från 45 % till 68 %.

3. Anti-läkemedelsmodifiering
CDI kan användas för PEGyleringsmodifiering av paklitaxelläkemedel, såsom koppling av mPEG-2000 till 2'-hydroxylgruppen av paklitaxel genom CDI, vilket signifikant förlänger läkemedlets halveringstid (från 2,8 timmar till 24 timmar) och minskar immunogeniciteten.

Syntes av1,1'-karbonyldiimidazol:

Imidazolen bringas att reagera med fosgen löst i bensen, imidazolhydrokloriden i reaktanten filtreras och filtratet koncentreras för att erhålla 1,1'- karbonyldiimidazol med ett utbyte av 91%.

Häll 200 ml vattenfri bensen i en 500 ml konisk tratt och väg den med en propp. Ta bort glaspluggen och installera ett gasinloppsrör med ett sandkärnfilter på tratten. Under skydd av rumstemperatur och torkrör införs cirka 20 g fosgen på cirka 1 timme (volymen bensenlösning ökar med cirka 12-16 ml). Sätt i tratten och väg den omedelbart. Den faktiska vikten av fosgen är 16,55 g (0,167 mol). Därför beräknas den erforderliga mängden imidazol enligt molförhållandet fosgen till imidazol på 1:4. Installera sedan tratten på en trehalsad kolv som innehåller 45,60 g (0,669 mol) imidazol och 500 ml vattenfri tetrahydrofuran. Under kylning och elektromagnetisk omrörning, släpp bensenlösningen av fosgen inom 15-30 minuter. Fortsätt att blanda i 15 minuter och låt stå i rumstemperatur i 1 timme. I torr atmosfär, avlägsna imidazolhydroklorid med en sandkärntratt. Filtratet koncentrerades till torrhet under 40-50 grader och reducerat tryck för att erhålla 24,5 g (91%) färglös kristall.

Vara försiktig! Fosgen är giftigt, och denna operation bör utföras i dragskåpet.

1. Fråga: Vilka är de främsta fördelarna med CDI som kopplingsreagens jämfört med traditionella DCC eller EDC?
Den största fördelen med CDI ligger i det faktum att dess reaktionsbiprodukter-enbart är imidazol och koldioxid, som båda är flyktiga eller lättavlägsningsbara ämnen med låg-toxicitet, och på så sätt undviker man problemet med att reagenser som DCC kan generera svåra-att-ta bort av-såsom DCU-produkter. Detta gör efterföljande rening enklare och produktrenheten högre, speciellt lämplig för syntes av peptider eller läkemedel som är känsliga för föroreningar.

2. F: Förutom att användas vid syntes av amider, vilka andra viktiga specialapplikationer har CDI?
Svar: En nyckelapplikation är den effektiva och skonsamma beredningen av aktiva estrar. CDI reagerar först med karboxylsyror för att bilda högaktiva acylimidazol-mellanprodukter, som kan reagera med N-hydroxisuccinimid (NHS) och andra för att generera stabila NHS-aktiva estrar. Dessa aktiva estrar används i stor utsträckning vid biologisk konjugering och proteinmodifiering på grund av deras goda stabilitet i vattenfasen.

3. F: Vilka viktiga säkerhetsåtgärder bör vidtas vid användning och förvaring av CDI?
Svar: CDI är extremt känsligt för fukt. När det kommer i kontakt med vatten kommer det snabbt att hydrolysera och frigöra koldioxid, vilket kan orsaka ett tryckökning inuti en förseglad behållare. Därför måste den drivas och förvaras i en vattenfri inert atmosfär såsom kväve eller argon. Samtidigt är CDI i sig mycket irriterande och kan fräta på ögon, hud och andningsvägar. Lämplig skyddsutrustning (glasögon, handskar, dragskåp) måste bäras under drift.

Populära Taggar: 1,1'-karbonyldiimidazol cas 530-62-1, leverantörer, tillverkare, fabrik, grossist, köp, pris, bulk, till salu