1,1'-karbonüüldiimidasool CAS 530-62-1

1,1'-karbonüüldiimidasool, alias N.N'- karbonüüldiimidasool, 1,1'- karbonüüldiimidasool ja karbonüüldiimidasool, molekulvalem C7H6N4O, CAS 530-62-1, molekulmass 162,15, valge kristall, vees ja eetris lahustumatu, alkoholis lahustuv. Karbonüüldiimidasool on tugeva reaktsioonivõimega ühend. See võib reageerida^-COOH,^-NH2,^-OH ja muud funktsionaalrühmad paljude ketoonide, estrite, uureate ja muude ühendite sünteesimiseks, mida on raske saada tavapäraste meetoditega. Näiteks võib reaktsioon amiiniga sünteesida imidasooli pestitsiide, vältides samas väga toksilise fosgeeni kasutamist, mida ei ole lihtne säilitada ja transportida. Kasutatakse peamiselt orgaanilise sünteesi, pestitsiidide ja farmaatsia vahesaaduste jaoks.

Väga aktiivse karbonüülimisreaktiivina,1,1'-karbonüüldiimidasool(CDI) on oma ainulaadse keemilise struktuuri ja reaktsiooniomaduste tõttu näidanud laialdast kasutusväärtust orgaanilises sünteesis, biokeemias, materjaliteaduses ja meditsiinis.

1. Põhireaktsiooni mehhanism ja keemilised omadused

 

CDI molekul koosneb kahest imidasoolitsüklist, mis on ühendatud karbonüülrühmaga. Selle karbonüülrühm aktiveeritakse imidasoolitsükli tugeva elektron-eemaldamise mõjul, moodustades kõrge reaktsioonivõimega süsiniku positiivse tsentri. See struktuur võimaldab tal selektiivselt reageerida aktiivset vesinikku sisaldavate funktsionaalrühmadega (nagu -COOH, -NH2, -OH), et tekitada vaheühendeid, nagu atsüülimidasool, karbamoüülimidasool või imidasoolester. Need vaheühendid võivad täiendavalt reageerida nukleofiilidega (nagu amiinid, alkoholid, tioolid), moodustades sihtprodukte, nagu amiidid, estrid, uuread ja karbamaadid. Selle reaktsiooni omadused hõlmavad järgmist:

 

 

Kõrge selektiivsus: primaarse amiini / sekundaarse amiini kooseksisteerimise süsteemis aktiveeritakse primaarsed amiinid eelistatavalt toatemperatuuril ja kahe funktsionaalrühma aktiveerimist saab saavutada seisundi reguleerimise kaudu.

Leebed reaktsioonitingimused: pole vaja tugevat hapet, tugevat alust ega kõrget temperatuuri ning reaktsiooni saab lõpule viia toatemperatuuril kuni 60 kraadini.
Keskmine stabiilsus: tekkinud atsüül-imidasool-vaheühend võib orgaanilistes lahustites stabiilselt olla mitu tundi, mis on mugav sammhaaval--.
Mittetoksiline alternatiiv: see võib asendada väga mürgist fosgeeni (COCl₂) isotsüanaatide ja uureaühendite sünteesil.

2. Võtmeroll peptiidide ja valkude sünteesis

 

1. Kõrge -tõhususega sideaine peptiidsideme moodustamiseks
CDI on põhireaktiiv tahkefaasilises peptiidisünteesis (SPPS) ja vedelfaasis peptiidide sünteesis ning selle toimemehhanism sisaldab:
Karboksüülhappe otsene aktiveerimine: reageerib aminohapete karboksüülrühmaga, moodustades atsüülimidasool, mis seejärel kondenseerub teise aminohappe aminorühmaga, moodustades peptiidsideme. Näiteks antimikroobse peptiidi LL-37 sünteesil võib CDI sidestusmeetod suurendada saagist 15–20% võrreldes traditsioonilise DCC/HOBt meetodiga, vähendades samal ajal ratsemiseerumise kõrvalreaktsiooni.
Piirkondlik selektiivne kaitse: reaktsioonitingimuste reguleerimisega saab saavutada N-- või C-otsa valikulise kaitse. Näiteks tsükliliste peptiidide sünteesimisel võib CDI eelistatavalt aktiveerida kõrvalahela karboksüülrühmi, et vältida peaahela peptiidsidemete enneaegset moodustumist.

 

Peptiidi modifitseerimine ja hargnemine: kasutades CDI-ga aktiveeritud karboksüülrühmi, saab kasutusele võtta fluorestseeruvad märgised, polüetüleenglükooli (PEG) või dendrimeeri modifikatsiooni. Näiteks fluorestseiini isotiotsüanaat (FITC) seotakse CDI kaudu insuliini lüsiini kõrvalahelaga, et saavutada ravimi jälgimise visualiseerimine.

2. Valkude ristsidumine-ja immobiliseerimine
CDI-vahendatud rist-reaktsioonid võivad moodustada 0-pikkusega amiidsidemeid või üksikuid-süsiniku vahedega karbamaatsidemeid valgumolekulide vahel:
Ensüümi immobiliseerimine: glükoosoksüdaas (GOx) immobiliseeritakse amino-modifitseeritud magnetiliste nanoosakeste pinnale, aktiveerides karboksüülrühmad CDI kaudu. Immobiliseeritud ensüümi aktiivsuse taastumise määr ulatub 92% -ni ja seda saab uuesti kasutada rohkem kui 10 korda.
Antikehade -antigeenikomplekside valmistamine: immunoadsorbeerivate materjalide sünteesil võib CDI siduda A-valgu hüdroksüülitud kandjatega (nagu agaroosgeel), et moodustada kõrge -afiinsusega adsorptsioonikiht IgG spetsiifiliseks puhastamiseks plasmas.

3. Multifunktsionaalsed rakendused orgaanilises sünteesis

 

1. Ketoonide, estri ja uurea ühendite süntees
Ketoonide süntees: CDI reageerib metallorgaaniliste reagentidega (näiteks Grignardi reaktiividega), et ehitada tõhusalt ketooni skelette. Näiteks atsetofenooni sünteesil suurendab CDI meetod saagist 12% võrreldes traditsioonilise atsüülkloriidi meetodiga ja väldib vesinikkloriidi teket.
Estri süntees: CDI aktiveerib karboksüülhapped ja kondenseerib need alkoholidega, moodustades estreid. Sellel meetodil on kiraalsete estrite sünteesil olulisi eeliseid. Näiteks viirusevastase ravimi oseltamiviiri peamiste vahesaaduste valmistamisel saab CDI meetodil kontrollida enantiomeerset liia (ee) enam kui 99%ni.
Karbamiidühendid: CDI reageerib amiinidega, moodustades karbamoüülimidasooli vaheühendeid, mis kondenseeritakse edasi teise amiiniga, moodustades uurea. See viis lühendab herbitsiidi fluroksüpüüri sünteesimisel reaktsioonietappe 2 etapi võrra võrreldes fosgeenimeetodiga ja suurendab aatomite kasutamist 30%.

 

2. Mitte--fosgeenide isotsüanaatide süntees
CDI reageerib amiinidega, moodustades isotsüanaadid, vältides väga toksilise fosgeeni kasutamist. Näiteks polüuretaantooraine tolueendiisotsüanaadi (TDI) sünteesimisel võib CDI meetod lühendada reaktsiooniaega 8 tunnilt 2 tunnini ja toote puhtus ulatub 99,5%-ni.

3. Heterotsükliliste ühendite konstrueerimine
CDI-d saab kasutada karbonüüldoonorina heterotsüklilises sünteesis osalemiseks:

Imidasolopüridiinid: CDI ja 2-aminopüridiini tsükliseerimisreaktsiooni abil saab tõhusalt konstrueerida kasvajavastase toimega imidaso[1,2-a]püridiini karkassi.
-laktaamantibiootikumi vaheühendid: CDI reageerib penitsilliini V kaaliumsoolaga, et sünteesida 7-aminotsefalosporaanhapet (7-ACA), mis on tsefalosporiini antibiootikumide peamine vaheühend, saagisega võrreldes traditsiooniliste keemiliste meetoditega 18%.

4. Pinna modifitseerimise tehnoloogia materjaliteaduses

 

1. Polümeeri funktsionaliseerimine
1,1'-karbonüüldiimidasoolsuudab kovalentsete sidemete kaudu viia polümeeri pindadele funktsionaalseid molekule:

Biosobivuse modifikatsioon: polüpiimhappe-ko{1}}glükoolhappe (PLGA) pinnal võib CDI siduda polüetüleenglükooli (PEG) või RGD peptiidi, vähendades oluliselt materjali immunogeensust ja soodustades rakkude adhesiooni.

Juhtiv polümeeri modifitseerimine: polüpürrooli (PPy) pinnal suudab CDI immobiliseerida glükoosoksüdaasi, et luua ülitundlik glükoosiandur, mille tuvastamispiir on nii madal kui 0,1 μM.

 

2. Nanomaterjali pinnatehnika
CDI võib saavutada nanoosakeste täpse funktsionaliseerimise:

Kvantpunkti modifitseerimine: CDI-d kasutatakse karboksüülitud CdSe kvantpunktide sidumiseks aminoantikehadega, et konstrueerida fluorestseeruvad immunosondid kasvajamarkeri CA125 tuvastamiseks tundlikkusega 0,1 ng/ml.

Magnetiliste nanoosakeste funktsionaliseerimine: Fe₃O4 pinnal võib CDI siduda foolhappemolekule, et saavutada kasvajarakkude spetsiifiline äratundmine sihitud ravimi kohaletoimetamise süsteemide abil.

5. Farmatseutilised vahesaadused ja ravimite süntees

 

1. Antibiootikumide vaheühendite süntees
CDI on -laktaamantibiootikumide sünteesil asendamatu:

Tsefalosporiin C kõrvalahela modifikatsioon: CDI aktiveerib tsefalosporiin C karboksüülrühma ja võib sisestada aminotiasooli kõrvalahelaid, et luua kolmanda -põlvkonna tsefalosporiinide põhistruktuur.
Penitsilliini V kaaliumisoola muundamine: CDI suudab muuta penitsilliini V kaaliumisoola 95% saagisega 6-aminopenitsillaanhappeks (6-APA) ja väldib väga toksilise kloroformiaadi kasutamist.

 

2. Viirusevastaste ravimite peamised vahesaadused
HIV-vastase-ravimi efavirensi sünteesimisel suudab CDI tõhusalt konstrueerida uurea rühma selle põhistruktuuris, lühendades sünteesietappe 3 sammu võrra võrreldes traditsioonilise teega ja kogusaagist suurendatakse 45%-lt 68%-le.

3. Kasvajavastaste ravimite modifikatsioon-
CDI-d saab kasutada paklitakseeli ravimite PEGüülimise modifitseerimiseks, näiteks mPEG-2000 sidumiseks paklitakseeli 2'-hüdroksüülrühmaga CDI kaudu, pikendades oluliselt ravimi poolväärtusaega (2,8 tunnilt 24 tunnini) ja vähendades immunogeensust.

Süntees1,1'-karbonüüldiimidasool:

Imidasool lastakse reageerida benseenis lahustatud fosgeeniga, reagendis olev imidasoolvesinikkloriid filtritakse ja filtraat kontsentreeritakse, et saada 1,1'- karbonüüldiimidasool saagisega 91%.

500 ml koonilisse lehtrisse valatakse 200 ml veevaba benseeni ja kaalutakse see korgiga. Eemaldage klaaskork ja paigaldage lehtri külge liivasüdamiku filtriga gaasi sisselasketoru. Toatemperatuuri ja kuivatustoru kaitse all sisestatakse ca 1h jooksul ca 20g fosgeeni (benseenilahuse maht suureneb ca 12-16ml). Ühendage lehter ja kaaluge see kohe. Fosgeeni tegelik kaal on 16,55 g (0,167 mooli). Seetõttu arvutatakse vajalik imidasooli kogus fosgeeni ja imidasooli molaarsuhte järgi 1:4. Seejärel paigaldage lehter kolme kaelaga kolbi, mis sisaldab 45,60 g (0,669 mol) imidasooli ja 500 ml veevaba tetrahüdrofuraani. Jahutamisel ja elektromagnetilisel segamisel tilgutage fosgeeni benseenilahust 15-30 minuti jooksul. Jätkake segamist 15 minutit ja laske 1 tund toatemperatuuril seista. Kuivas keskkonnas eemaldage imidasoolvesinikkloriid liivasüdamiku lehtri abil. Filtraat kontsentreeriti kuivaks 40-50 kraadi ja alandatud rõhu all, et saada 24,5 g (91%) värvituid kristalle.

Olge ettevaatlik! Fosgeen on mürgine ja see toiming tuleks läbi viia tõmbekapis.

1. Küsimus: Millised on sidestusreaktiivina CDI peamised eelised võrreldes traditsioonilise DCC või EDC-ga?
CDI suurim eelis seisneb selles, et selle reaktsioonisaadused on ainult imidasool ja süsinikdioksiid, mis mõlemad on lenduvad või kergesti eemaldatavad madala toksilisusega ained, vältides seega probleemi, et reaktiivid, nagu DCC, võivad tekitada raskesti -eemaldatavaid{3}{4}-DCU-sid. See muudab järgneva puhastamise lihtsamaks ja toote puhtuse kõrgemaks, eriti sobivaks peptiidide või lisandite suhtes tundlike ravimite sünteesiks.

2. K: Milliseid muid olulisi erirakendusi CDI-l lisaks amiidide sünteesil kasutamisele on?
Vastus: Peamine rakendus on aktiivsete estrite tõhus ja õrn valmistamine. CDI reageerib esmalt karboksüülhapetega, moodustades väga aktiivseid atsüülimidasool-vaheühendeid, mis võivad reageerida N-hüdroksüsuktsiinimiidi (NHS) ja teistega, tekitades stabiilseid NHS-i aktiivseid estreid. Neid aktiivseid estreid kasutatakse laialdaselt bioloogilises konjugatsioonis ja valkude modifitseerimises nende hea stabiilsuse tõttu vesifaasis.

3. K: Milliseid peamisi ettevaatusabinõusid tuleks CDI kasutamisel ja säilitamisel järgida?
Vastus: CDI on niiskuse suhtes äärmiselt tundlik. Kui see puutub kokku veega, hüdrolüüsub see kiiresti ja eraldab süsinikdioksiidi, mis võib põhjustada rõhu tõusu suletud anumas. Seetõttu tuleb seda kasutada ja säilitada veevabas inertses atmosfääris, nagu lämmastik või argoon. Samal ajal on CDI ise väga ärritav ja võib söövitada silmi, nahka ja hingamisteid. Töötamise ajal tuleb kanda vastavaid kaitsevahendeid (prille, kindaid, tõmbekappe).

Kuum tags: 1,1'-karbonüüldiimidasool cas 530-62-1, tarnijad, tootjad, tehas, hulgimüük, ost, hind, hulgi, müük