1,1'-karbonildiimidazol CAS 530-62-1

1,1'-karbonildiimidazol, alias N.N'- karbonil diimidazol, 1,1'- karbonil diimidazol in karbonil diimidazol, molekulska formula C7H6N4O, CAS 530-62-1, molekulska masa 162,15, bel kristal, netopen v vodi, topen v alkoholu in etru. Karbonil diimidazol je nekakšna spojina z močno reaktivnostjo. Lahko reagira z^-COOH,^-NH2,^-OH in druge funkcionalne skupine za sintezo številnih ketonov, estrov, sečnin in drugih spojin, ki jih je težko dobiti z običajnimi metodami. Na primer, z reakcijo z aminom lahko sintetiziramo imidazolne pesticide, hkrati pa se izognemo uporabi zelo strupenega fosgena, ki ga ni enostavno skladiščiti in prevažati. Uporablja se predvsem za organsko sintezo, pesticide in farmacevtske intermediate.

Kot zelo aktiven karbonilacijski reagent,1,1'-karbonildiimidazol(CDI) je zaradi svoje edinstvene kemijske strukture in reakcijskih lastnosti pokazal široko uporabno vrednost v organski sintezi, biokemiji, znanosti o materialih in medicini.

1. Mehanizem jedrne reakcije in kemijske lastnosti

 

Molekula CDI je sestavljena iz dveh imidazolnih obročev, premoščenih s karbonilno skupino. Njegovo karbonilno skupino aktivira močan -učinek imidazolnega obroča, ki pritegne elektrone, da se tvori visoko reaktivno ogljikovo pozitivno središče. Ta struktura mu omogoča, da selektivno reagira s funkcionalnimi skupinami, ki vsebujejo aktivni vodik (kot so -COOH, -NH₂, -OH), da ustvari intermediate, kot so acilimidazol, karbamoil imidazol ali ester imidazol. Ti intermediati lahko nadalje reagirajo z nukleofili (kot so amini, alkoholi, tioli), da tvorijo ciljne produkte, kot so amidi, estri, sečnine in karbamati. Njegove reakcijske značilnosti vključujejo:

 

 

Visoka selektivnost: V sistemu soobstoja primarnih aminov/sekundarnih aminov se primarni amini prednostno aktivirajo pri sobni temperaturi, aktivacijo dvojne funkcionalne skupine pa je mogoče doseči z regulacijo pogojev.

Blagi reakcijski pogoji: ni potrebna močna kislina, močna baza ali visoka temperatura, reakcija se lahko zaključi pri sobni temperaturi do 60 stopinj.
Vmesna stabilnost: ustvarjeni acilimidazolni intermediat je lahko več ur stabilno prisoten v organskih topilih, kar je priročno za postopno-delovanje-.
Ne{0}}toksična alternativa: lahko nadomesti zelo strupen fosgen (COCl₂) za sintezo izocianatov in sečninskih spojin.

2. Ključna vloga pri sintezi peptidov in beljakovin

 

1. Visoko{1}}učinkovito spajalno sredstvo za tvorbo peptidne vezi
CDI je glavni reagent v sintezi peptidov v trdni fazi (SPPS) in sintezi peptidov v tekoči fazi, njegov mehanizem delovanja pa vključuje:
Neposredna aktivacija karboksilne kisline: reagira s karboksilno skupino aminokislin, da nastane acilimidazol, ki nato kondenzira z amino skupino druge aminokisline, da tvori peptidno vez. Na primer, pri sintezi protimikrobnega peptida LL-37 lahko metoda spajanja CDI poveča izkoristek za 15%-20% v primerjavi s tradicionalno metodo DCC/HOBt, hkrati pa zmanjša stransko reakcijo racemizacije.
Regionalna selektivna zaščita: s prilagoditvijo reakcijskih pogojev je mogoče doseči selektivno zaščito N-konca ali C-konca. Na primer, pri sintetiziranju cikličnih peptidov lahko CDI prednostno aktivira karboksilne skupine stranske verige, da se izogne ​​prezgodnji tvorbi peptidnih vezi glavne verige.

 

Modifikacija in razvejanje peptidov: z uporabo karboksilnih skupin, aktiviranih s CDI, lahko uvedemo fluorescentne oznake, polietilen glikol (PEG) ali modifikacijo dendrimera. Na primer, fluorescein izotiocianat (FITC) je povezan s stransko verigo lizina insulina prek CDI, da se doseže vizualizacija sledenja zdravilu.

2. Navzkrižno-povezovanje in imobilizacija beljakovin
CDI{0}}posredovane navzkrižne-povezovalne reakcije lahko tvorijo amidne vezi nič{2}}dolžine ali karbamatne vezi z enim-ogljikom med proteinskimi molekulami:
Imobilizacija encima: glukoza oksidaza (GOx) je imobilizirana na površini amino-modificiranih magnetnih nanodelcev z aktiviranjem karboksilnih skupin prek CDI. Stopnja obnovitve aktivnosti imobiliziranega encima doseže 92 % in ga je mogoče ponovno uporabiti več kot 10-krat.
Priprava protitelesnih-antigenskih kompleksov: Pri sintezi imunoadsorbentnih materialov lahko CDI spoji protein A s hidroksiliranimi nosilci (kot je agarozni gel), da tvori visoko-afinitetno adsorpcijsko plast za specifično čiščenje IgG v plazmi.

3. Večnamenske aplikacije v organski sintezi

 

1. Sinteza ketonov, estrskih in sečninskih spojin
Sinteza ketonov: CDI reagira z organokovinskimi reagenti (kot so Grignardovi reagenti), da učinkovito konstruira ketonske skelete. Na primer, pri sintezi acetofenona metoda CDI poveča izkoristek za 12 % v primerjavi s tradicionalno acilkloridno potjo in se izogne ​​nastajanju vodikovega klorida.
Sinteza estra: CDI aktivira karboksilne kisline in jih kondenzira z alkoholi, da nastanejo estri. Ta metoda ima pomembne prednosti pri sintezi kiralnih estrov. Na primer, pri pripravi ključnih intermediatov protivirusnega zdravila oseltamivir lahko metoda CDI nadzira enantiomerni presežek (ee) na več kot 99 %.
Sečninske spojine: CDI reagira z amini, da nastane karbamoil imidazol intermediat, ki se nadalje kondenzira z drugim aminom, da nastane sečnina. Ta pot skrajša reakcijske korake za 2 koraka v primerjavi s fosgensko metodo pri sintezi herbicida fluroksipira in poveča atomsko izrabo za 30 %.

 

2. Ne-fosgenska sinteza izocianatov
CDI reagira z amini in tvori izocianate, pri čemer se izogne ​​uporabi zelo strupenega fosgena. Na primer, pri sintetiziranju poliuretanske surovine toluen diizocianata (TDI) lahko metoda CDI skrajša reakcijski čas z 8 ur na 2 uri, čistost izdelka pa doseže 99,5 %.

3. Gradnja heterocikličnih spojin
CDI se lahko uporablja kot karbonilni donor za sodelovanje v heterociklični sintezi:

Imidazolopiridini: S ciklizacijsko reakcijo CDI in 2-aminopiridina je mogoče učinkovito zgraditi imidazo[1,2-a]piridinski skelet s protitumorskim delovanjem.
-laktamski antibiotični intermediati: CDI reagira s kalijevo soljo penicilina V, da sintetizira 7-aminocefalosporansko kislino (7-ACA), ključni intermediat cefalosporinskih antibiotikov, pri čemer se izkoristek poveča za 18 % v primerjavi s tradicionalnimi kemičnimi metodami.

4. Tehnologija spreminjanja površin v znanosti o materialih

 

1. Polimerna funkcionalizacija
1,1'-karbonildiimidazollahko uvede funkcionalne molekule v polimerne površine preko kovalentnih vezi:

Sprememba biokompatibilnosti: na površini polimlečne kisline-co-glikolne kisline (PLGA) lahko CDI poveže polietilen glikol (PEG) ali peptid RGD, kar bistveno zmanjša imunogenost materiala in spodbuja celično adhezijo.

Modifikacija prevodnega polimera: na površini polipirola (PPy) lahko CDI imobilizira glukozno oksidazo, da sestavi visoko občutljiv glukozni senzor z mejo zaznavanja le 0,1 μM.

 

2. Površinski inženiring nanomaterialov
CDI lahko doseže natančno funkcionalizacijo nanodelcev:

Modifikacija kvantne pike: CDI se uporablja za spajanje karboksiliranih kvantnih pik CdSe z amino protitelesi za izdelavo fluorescenčnih imunosond za odkrivanje tumorskega markerja CA125 z občutljivostjo 0,1 ng/mL.

Funkcionalizacija magnetnih nanodelcev: na površini Fe₃O₄ lahko CDI poveže molekule folne kisline, da doseže specifično prepoznavanje tumorskih celic s ciljnimi sistemi za dostavo zdravil.

5. Farmacevtski intermediati in sinteza zdravil

 

1. Sinteza antibiotičnih intermediatov
CDI je nenadomestljiv pri sintezi -laktamskih antibiotikov:

Modifikacija stranske verige cefalosporina C: CDI aktivira karboksilno skupino cefalosporina C in lahko uvede stranske verige aminotiazola za izgradnjo jedrne strukture tretje{0}}generacije cefalosporina.
Pretvorba kalijeve soli penicilina V: CDI lahko pretvori kalijevo sol penicilina V v 6-aminopenicilansko kislino (6-APA) z izkoristkom 95 % in se izogne ​​uporabi zelo strupenega kloroformata.

 

2. Ključni intermediati protivirusnih zdravil
Pri sintezi zdravila proti-HIV efavirenza lahko CDI učinkovito konstruira skupino sečnine v svoji osnovni strukturi, pri čemer skrajša korake sinteze za 3 korake v primerjavi s tradicionalno potjo, skupni izkoristek pa se poveča s 45 % na 68 %.

3. Modifikacija proti-tumorskih zdravil
CDI se lahko uporablja za PEGilacijsko modifikacijo zdravil s paklitakselom, kot je spajanje mPEG-2000 na 2'-hidroksilno skupino paklitaksela prek CDI, kar znatno podaljša razpolovni čas zdravila (z 2,8 ure na 24 ur) in zmanjša imunogenost.

Sinteza1,1'-karbonildiimidazol:

Imidazol presnovimo s fosgenom, raztopljenim v benzenu, imidazol hidroklorid v reaktantu filtriramo in filtrat koncentriramo, da dobimo 1,1'- karbonildiimidazol z dobitkom 91 %.

V 500 ml stožčasti lij vlijemo 200 ml brezvodnega benzena in ga stehtamo z zamaškom. Odstranite stekleni čep in na lijak namestite dovodno cev za plin s filtrom s peščenim jedrom. Pod zaščito sobne temperature in sušilne cevi se v približno 1 uri vnese približno 20 g fosgena (volumen raztopine benzena se poveča za približno 12-16 ml). Zamašite lijak in takoj stehtajte. Dejanska teža fosgena je 16,55 g (0,167 mola). Zato je potrebna količina imidazola izračunana glede na molsko razmerje fosgena proti imidazolu 1:4. Nato namestite lij na trivratno bučko, ki vsebuje 45,60 g (0,669 mol) imidazola in 500 ml brezvodnega tetrahidrofurana. Med hlajenjem in elektromagnetnim mešanjem spustite benzensko raztopino fozgena v 15-30 minutah. Nadaljujte z mešanjem 15 minut in pustite stati pri sobni temperaturi 1 uro. V suhem ozračju odstranite imidazolijev klorid z lijakom s peščenim jedrom. Filtrat smo koncentrirali do suhega pri 40~50 stopinjah in znižanem tlaku, da smo dobili 24,5 g (91 %) brezbarvnih kristalov.

Bodite previdni! Fosgen je strupen, zato je treba ta postopek izvajati v dimni napi.

1. Vprašanje: Katere so glavne prednosti CDI kot spojilnega reagenta v primerjavi s tradicionalnim DCC ali EDC?
Največja prednost CDI je v dejstvu, da sta njegova reakcijska stranska-produkta samo imidazol in ogljikov dioksid, oba pa sta hlapljivi ali zlahka odstranljivi nizko{1}}toksični snovi, s čimer se izognemo težavi, da lahko reagenti, kot je DCC, ustvarijo stranske--produkte, ki jih je težko -odstraniti (kot je DCU). Tako je naknadno čiščenje enostavnejše in čistost produkta večja, še posebej primerno za sintezo peptidov ali zdravil, ki so občutljiva na nečistoče.

2. V: Katere druge pomembne posebne aplikacije ima CDI poleg uporabe pri sintezi amidov?
Odgovor: Ključna uporaba je učinkovita in nežna priprava aktivnih estrov. CDI najprej reagira s karboksilnimi kislinami, da tvori visoko aktivne intermediate acilimidazola, ki lahko reagirajo z N-hidroksisukcinimidom (NHS) in drugimi, da ustvarijo stabilne aktivne estre NHS. Ti aktivni estri se pogosto uporabljajo v biološki konjugaciji in modifikaciji beljakovin zaradi svoje dobre stabilnosti v vodni fazi.

3. V: Katere ključne varnostne ukrepe je treba upoštevati pri uporabi in shranjevanju CDI?
Odgovor: CDI je izjemno občutljiv na vlago. Ko pride v stik z vodo, hitro hidrolizira in sprosti ogljikov dioksid, kar lahko povzroči povečanje tlaka v zaprti posodi. Zato ga je treba uporabljati in shranjevati v brezvodni inertni atmosferi, kot sta dušik ali argon. Medtem je CDI sam zelo dražilen in lahko razjeda oči, kožo in dihalne poti. Med delom je treba nositi ustrezno zaščitno opremo (očala, rokavice, dimne nape).

Priljubljena oznake: 1,1'-carbonyldiimidazole cas 530-62-1, dobavitelji, proizvajalci, tovarna, veleprodaja, nakup, cena, razsuto, za prodajo