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

1,1'-Carbonildiimidazol, àlies N.N'- carbonil diimidazol, 1,1'{- carbonil diimidazol i carbonil diimidazol, fórmula molecular C7H6N4O, CAS 530-62-1, pes molecular 162,15, cristall blanc, insoluble en aigua, soluble en alcohol i èter. El carbonil diimidazol és un tipus de compost amb una forta reactivitat. Pot reaccionar amb^-COOH,^-NH2,^-OH i altres grups funcionals per sintetitzar moltes cetones, èsters, urees i altres compostos difícils d'obtenir per mètodes comuns. Per exemple, la reacció amb l'amina pot sintetitzar pesticides imidazol, alhora que s'evita l'ús de fosgen altament tòxic que no és fàcil d'emmagatzemar i transportar. S'utilitza principalment per a la síntesi orgànica, pesticides i intermedis farmacèutics.

Com a reactiu de carbonilació altament actiu,1,1'-Carbonildiimidazol(CDI) ha demostrat un ampli valor d'aplicació en síntesi orgànica, bioquímica, ciència dels materials i medicina a causa de la seva estructura química única i característiques de reacció.

1. Mecanisme de reacció del nucli i propietats químiques

 

La molècula CDI està formada per dos anells d'imidazol connectats per un grup carbonil. El seu grup carbonil s'activa pel fort efecte de retirada d'electrons-de l'anell imidazol per formar un centre de carboni positiu altament reactiu. Aquesta estructura li permet reaccionar selectivament amb grups funcionals que contenen hidrogen actiu (com ara -COOH, -NH₂, -OH) per generar intermedis com acil imidazol, carbamoil imidazol o èster imidazol. Aquests intermediaris poden reaccionar encara més amb nucleòfils (com amines, alcohols, tiols) per formar productes objectiu com amides, èsters, urees i carbamats. Les seves característiques de reacció inclouen:

 

 

Alta selectivitat: en el sistema de coexistència amina primària/amina secundària, les amines primàries s'activen preferentment a temperatura ambient i es pot aconseguir l'activació del grup funcional dual mitjançant la regulació de les condicions.

Condicions de reacció suaus: no es requereix un àcid fort, una base forta o una temperatura elevada, i la reacció es pot completar a temperatura ambient a 60 graus.
Estabilitat intermèdia: l'intermedi acil imidazol generat pot estar present de manera estable en dissolvents orgànics durant diverses hores, cosa que és convenient per a un funcionament pas a pas.
Alternativa no-tòxica: pot substituir el fosgen altament tòxic (COCl₂) per a la síntesi d'isocianats i compostos d'urea.

2. Paper clau en la síntesi de pèptids i proteïnes

 

1. Agent d'acoblament d'alta-eficiència per a la formació d'enllaços peptídics
CDI és un reactiu bàsic en síntesi de pèptids en fase sòlida (SPPS) i síntesi de pèptids en fase líquida, i el seu mecanisme d'acció inclou:
Activació directa de l'àcid carboxílic: reacciona amb el grup carboxil dels aminoàcids per generar acil imidazol, que després es condensa amb el grup amino d'un altre aminoàcid per formar un enllaç peptídic. Per exemple, en la síntesi del pèptid antimicrobià LL-37, el mètode d'acoblament CDI pot augmentar el rendiment entre un 15% i un 20% en comparació amb el mètode tradicional DCC/HOBt, alhora que redueix la reacció secundaria de racemització.
Protecció selectiva regional: ajustant les condicions de reacció, es pot aconseguir una protecció selectiva de l'extrem N-terminal o C-terminal. Per exemple, en sintetitzar pèptids cíclics, el CDI pot activar preferentment els grups carboxil de la cadena lateral per evitar la formació prematura d'enllaços peptídics de la cadena principal.

 

Modificació de pèptids i ramificació: utilitzant els grups carboxil activats per CDI, es poden introduir etiquetes fluorescents, polietilenglicol (PEG) o modificació de dendrímers. Per exemple, l'isotiocianat de fluoresceïna (FITC) s'acobla a la cadena lateral de la lisina de la insulina mitjançant CDI per aconseguir la visualització del seguiment de fàrmacs.

2. Enllaç-de proteïnes i immobilització
Les reaccions d'enllaç creuat-mediades per CDI-poden formar enllaços amida de longitud zero-o enllaços de carbamat d'un sol-carbon espaiat entre molècules de proteïnes:
Immobilització enzimàtica: la glucosa oxidasa (GOx) s'immobilitza a la superfície de nanopartícules magnètiques modificades amino{0}} activant els grups carboxil mitjançant CDI. La taxa de recuperació de l'activitat de l'enzim immobilitzat arriba al 92% i es pot reutilitzar més de 10 vegades.
Preparació de complexos d'anticossos-antígens: en la síntesi de materials immunoadsorbents, el CDI pot acoblar la proteïna A amb portadors hidroxilats (com el gel d'agarosa) per formar una capa d'adsorció d'alta-afinitat per a la purificació específica d'IgG al plasma.

3. Aplicacions multifuncionals en síntesi orgànica

 

1. Síntesi de cetones, èsters i compostos d'urea
Síntesi de cetones: CDI reacciona amb reactius organometàl·lics (com els reactius de Grignard) per construir de manera eficient esquelets de cetones. Per exemple, en la síntesi d'acetofenona, el mètode CDI augmenta el rendiment un 12% en comparació amb la ruta tradicional del clorur d'acil i evita la generació de clorur d'hidrogen.
Síntesi d'èsters: CDI activa els àcids carboxílics i els condensa amb alcohols per formar èsters. Aquest mètode té avantatges significatius en la síntesi d'èsters quirals. Per exemple, en la preparació d'intermedis clau del fàrmac antiviral oseltamivir, el mètode CDI pot controlar l'excés enantiomèric (ee) a més del 99%.
Compostos d'urea: el CDI reacciona amb les amines per formar intermedis carbamoil imidazol, que es condensen encara més amb una altra amina per formar urea. Aquesta ruta escurça els passos de reacció en 2 passos en comparació amb el mètode del fosgen quan es sintetitza l'herbicida fluroxipir, i augmenta la utilització atòmica en un 30%.

 

2. Síntesi d'isocianats no-fosgens
El CDI reacciona amb les amines per formar isocianats, evitant l'ús de fosgen altament tòxic. Per exemple, quan es sintetitza la matèria primera de poliuretà toluè diisocianat (TDI), el mètode CDI pot escurçar el temps de reacció de 8 hores a 2 hores i la puresa del producte arriba al 99,5%.

3. Construcció de compostos heterocíclics
El CDI es pot utilitzar com a donant de carbonil per participar en la síntesi heterocíclica:

Imidazolopiridines: mitjançant la reacció de ciclització de CDI i 2-aminopiridina, es pot construir de manera eficient l'esquelet d'imidazo[1,2-a]piridina amb activitat antitumoral.
-Intermedis d'antibiòtics lactàmics: el CDI reacciona amb la sal de potassi de la penicil·lina V per sintetitzar l'àcid 7-aminocefalosporànic (7-ACA), un intermedi clau dels antibiòtics de cefalosporina, amb un rendiment augmentat un 18% en comparació amb els mètodes químics tradicionals.

4. Tecnologia de modificació de superfícies en ciència de materials

 

1. Funcionalització del polímer
1,1'-Carbonildiimidazolpot introduir molècules funcionals a les superfícies del polímer mitjançant enllaços covalents:

Modificació de la biocompatibilitat: a la superfície de l'àcid polilàctic-co-àcid glicòlic (PLGA), el CDI pot acoblar el polietilenglicol (PEG) o el pèptid RGD, reduint significativament la immunogenicitat del material i afavorint l'adhesió cel·lular.

Modificació del polímer conductor: a la superfície del polipirrol (PPy), el CDI pot immobilitzar la glucosa oxidasa per construir un sensor de glucosa altament sensible amb un límit de detecció tan baix com 0,1 μM.

 

2. Enginyeria de superfícies de nanomaterials
CDI pot aconseguir una funcionalització precisa de les nanopartícules:

Modificació de punts quàntics: CDI s'utilitza per acoblar punts quàntics de CdSe carboxilats amb anticossos amino per construir immunosondes fluorescents per a la detecció del marcador tumoral CA125 amb una sensibilitat de 0,1 ng/mL.

Funcionalització de nanopartícules magnètiques: a la superfície de Fe₃O₄, el CDI pot acoblar molècules d'àcid fòlic per aconseguir el reconeixement específic de les cèl·lules tumorals mitjançant sistemes de lliurament de fàrmacs dirigits.

5. Intermedis farmacèutics i síntesi de fàrmacs

 

1. Síntesi d'antibiòtics intermedis
El CDI és insubstituïble en la síntesi d'antibiòtics -lactàmics:

Modificació de la cadena lateral de la cefalosporina C: la CDI activa el grup carboxil de la cefalosporina C i pot introduir cadenes laterals d'aminotiazol per construir l'estructura central de la cefalosporina de tercera-generació.
Conversió de sal de potassi de penicil·lina V: CDI pot convertir la sal de potassi de penicil·lina V en àcid 6-aminopenicil·lànic (6-APA) amb un rendiment del 95% i evita l'ús de cloroformiat altament tòxic.

 

2. Intermedis clau dels fàrmacs antivirals
Quan es sintetitza el fàrmac anti-VIH efavirenz, el CDI pot construir de manera eficient el grup d'urea a la seva estructura bàsica, escurçant els passos de síntesi en 3 passos en comparació amb la ruta tradicional, i el rendiment total augmenta del 45% al ​​68%.

3. Modificació de fàrmacs anti-tumorals
El CDI es pot utilitzar per a la modificació de la PEGilació de fàrmacs de paclitaxel, com ara l'acoblament de mPEG-2000 al grup 2'-hidroxil del paclitaxel mitjançant CDI, allargant significativament la vida mitjana del fàrmac (de 2,8 hores a 24 hores) i reduint la immunogenicitat.

Síntesi de1,1'-Carbonildiimidazol:

L'imidazol es fa reaccionar amb fosgen dissolt en benzè, el clorhidrat d'imidazol del reactiu es filtra i el filtrat es concentra per obtenir 1,1'- carbonildiimidazol amb un rendiment del 91%.

Aboqueu 200 ml de benzè anhidre en un embut cònic de 500 ml i peseu-lo amb un tap. Traieu el tap de vidre i instal·leu un tub d'entrada de gas amb un filtre de nucli de sorra a l'embut. Sota la protecció de la temperatura ambient i el tub d'assecat, s'introdueixen uns 20 g de fosgen en aproximadament 1 h (el volum de solució de benzè augmenta uns 12-16 ml). Tapeu l'embut i peseu-lo immediatament. El pes real del fosgen és de 16,55 g (0,167 mol). Per tant, la quantitat necessària d'imidazol es calcula segons la proporció molar de fosgen a imidazol d'1:4. A continuació, instal·leu l'embut en un matràs de tres colls que conté 45,60 g (0,669 mol) d'imidazol i 500 ml de tetrahidrofurà anhidre. Sota refredament i agitació electromagnètica, deixeu caure la solució de benzè de fosgen en 15-30 minuts. Continueu barrejant durant 15 minuts i deixeu-ho reposar a temperatura ambient durant 1 hora. En una atmosfera seca, elimineu el clorhidrat d'imidazol amb un embut de nucli de sorra. El filtrat es va concentrar a sequedat a 40-50 graus i es va reduir la pressió per obtenir 24,5 g (91%) de cristall incolor.

Aneu amb compte! El fosgen és tòxic, i aquesta operació s'ha de fer a la campana.

1. Pregunta: Com a reactiu d'acoblament, quins són els principals avantatges del CDI en comparació amb el DCC o EDC tradicional?
El major avantatge del CDI rau en el fet que els seus subproductes de reacció-són només l'imidazol i el diòxid de carboni, tots dos són substàncies de baixa-toxicitat volàtils o fàcilment eliminables, evitant així el problema que els reactius com el DCC puguin generar de difícil--eliminació com a subproductes-DCU (). Això fa que la purificació posterior sigui més senzilla i la puresa del producte sigui més alta, especialment indicada per a la síntesi de pèptids o fàrmacs sensibles a les impureses.

2. P: A més d'utilitzar-se en la síntesi d'amides, quines altres aplicacions especials importants té el CDI?
Resposta: Una aplicació clau és la preparació eficient i suau d'èsters actius. El CDI reacciona primer amb àcids carboxílics per formar intermedis acilimidazol altament actius, que poden reaccionar amb N-hidroxisuccinimida (NHS) i altres per generar èsters actius NHS estables. Aquests èsters actius s'utilitzen àmpliament en la conjugació biològica i la modificació de proteïnes a causa de la seva bona estabilitat en la fase aquosa.

3. P: Quines precaucions de seguretat s'han de prendre en utilitzar i emmagatzemar CDI?
Resposta: CDI és extremadament sensible a la humitat. Quan entra en contacte amb l'aigua, s'hidrolitzarà ràpidament i alliberarà diòxid de carboni, que pot provocar un augment de la pressió dins d'un recipient tancat. Per tant, s'ha d'utilitzar i emmagatzemar en una atmosfera inert anhidra com el nitrogen o l'argó. Mentrestant, el CDI en si és molt irritant i pot corroir els ulls, la pell i les vies respiratòries. Durant el funcionament s'haurà d'utilitzar l'equip de protecció adequat (ulleres, guants, campana extractora).

Etiquetes populars: 1,1'-carbonildiimidazol cas 530-62-1, proveïdors, fabricants, fàbrica, venda a l'engròs, compra, preu, a granel, a la venda