咪唑衍生物羰基二咪唑|530-62-1|在诸多行业上的应用
摘要：羰基二咪唑，咪唑的衍生物之一，CDI广泛应用于蛋白质和酶的粘合剂,咪哇类药物的中间体,以及作为抗生素类合成药物中间体,尤其在合成多肽化合物过程中广泛用作键合剂，当然其的一些下游产品也在各行业上有着及其重要的作用。
关键词：羰基二咪唑，530-62-1，咪唑衍生物，应用
前言
羰基二咪唑,又名1,1’--羰基二咪唑或N,N’--羰基二咪唑,简称为CDI,分子式为C7H6N4O,分子量162.15。常温下为白色结晶,溶点在118-122°C，CAS号：530-62-1左右[1],结构式为:
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羰基二咪唑是咪唑的衍生物,由其结构分析可知,CDI具有芳香性,同时既显弱酸性又显弱碱性,这就决定了羰基二咪唑具有较强的反应活性,可以与氨、醇、酸等官能团反应,合成许多用一般化学方法难以得到的酮、酯、脲等化合物。
羰基二咪唑的应用
1.2.1羰基二咪唑的下游产物
CDI可与氨(胺)、醇、羧酸等官能团反应,得到一系列具有不同结构的中间体,即:氨基甲酰咪唑(氨基甲酰咪唑盐)、酯基咪唑、羰基咪唑等。这些中间体具有一定的反应活性,可与氨(胺)、醇、羧酸等官能团进一步反应,制备脲、氨酯、碳酸酯、酰胺及酯等结构的化合物。CDI参与的反应过程低毒,产物纯化简单,特别是对不同的官能团具有高度选择性,因而在生物化学领域、有机合成和高分子领域具有重要的作用。
(1) CDI用于制备脲
脲通常通过氨基甲醜咪唑和氨基甲酰咪唑盐与氨(胺)类化合物进一步反应制得。CDI与伯胺反应形成的中间产物(一取代氨基甲酰咪唑)可与脂肪族伯胺进一步反应,得到脲CDI与仲胺反应得到产物活性明显下降,不能进一步生成脲[2],但是此时若加入二碘甲烷作为亲核试剂[3],也可以制备非对称的脲类。
(2) CDI用于制备氨酯
氨酯的制备有两条途径:氨基甲酰咪唑(盐)与醇(般)进一步反应;酯基咪唑与氨(胺)进一步反应[4]。此外,硫酚、硫醇在极为温和的条件下也可与咪唑盐发生反应,得到相应的硫代氨酯。
(3) CDI用于制备碳酸酯
CDI活化羟基可以用于碳酸酯的制备,目前,CDI只能活化醇羟基,还要注意的是CDI与醇反应制备碳酸酯时,邻位取代的二元醇在中间产物的作用下,可发生分子内的环化，所以最好选择一取代醇与CDI反应。
(4) CDI用于制备酰胺
CDI与羧酸反应可以制备酰胺,反应历程是:先反应生成带有咪唑的酸酐,在咪唑的作用下脱去二氧化碳,从而得到羰基咪唑中间体,该中间体再与氨、醇进一步反应得到产物。传统理论认为,CDI活化羧酸形成的二氧化碳对下一步的反应不利,但Rajappa等则提出不同的观点[5]。他们认为,当体系位阻不是很大时,二氧化碳与氨基作用,可形成氧酰离子和氮酰离子[6],从而提高氨的反应活性,加速反应进行。
1.2.2羰基二咪唑作为活化剂
CDI作为活化剂制备的产物无毒、极易分离,并且价格适中,特别是CDI在与不同官能团的反应过程中表现出不同的活性,而通过CDI得到的咪唑中间体对不同官能团也有活性差异。当反应活性差异足够大时,即表现为反应的高度选择性。总体说来,CDI作为活化剂表现出快速、简便的特点,因而在有机合成中应用广泛。
1.2.3羰基二咪唑在高分子领域的应用
近年来,CDI在高分子领域的应用有了长足的发展,在合成树枝状聚合物、超支化聚合物、线性聚合物及其改性等方面均有文献报道。
(1)树枝状聚合物
传统的树枝状聚合物制备需要釆用保护/去保护的方法,产物分离手段要求高,因而应用受到一定限制。由于CDI的高选择性反应特点,决定它在反应中可不采用保护，去保护的方法即能保证官能团的存在,同时通过它活化得到的中间产物和终产物所需纯化手段简单,进而人们开始利用它来制备高度支化的树枝状聚合物。Voit等[8]尝试釆用CDI作为活化剂制备高度完整支化的树枝状聚酰胺。该方法可用来制备性能更好的树枝状聚酰胺,且合成产物通过简单手段纯化即可,因而适合大规模制备。
(2)超支化聚合物
超支化聚合物可通过ABx型单体自缩聚获得,也可通过两种官能团的缩聚反应获得。应用CDI作为活化剂同样可实现上述反应。Rannard等通过利用伯氨与仲氨的不同反应活性,先常温活化伯胺,再在升温的条件下,使活化基团与仲氨反应,制备出末端含有氨基的水溶性超支化聚脲[9]。与此同时,用CDI实现了醇胺的AB2型单体的超支化。此外,利用CDI的活化机理,采用A2+B3反应线路,也可得到水溶性超支化聚碳酸酷和氨酯[10],其中聚碳酸酯中采用的三元单体为三醇,聚氨酯中采用的三元单体为三氨。
(3)线性聚合物及其改性
由于CDI可对二元酸、醇、氨等化合物顺利实现活化,可应用于制备线性聚合物。Frechet等先用CDI活化二醇,再使活化单体与二醇单体发生聚合,制得线性聚碳酸酯[11]; Grabriel等利用CDI作为活化剂,采用二胺和二醇为原料,合成了线性聚氨酯。随着高分子发展趋向于三维结构聚合物的合成及其功能化,CDI应用于聚合物化学改性的报道日益增多。CDI在化学改性方面的应用比较早,主要是由不同官能团之间通过CDI偶合实现。1975年,Femiti等使用CDI作为偶合剂,对聚丙稀酸和聚甲基丙烯酸进行功能化[12,13]。Heinze等以CDI作为活化剂,用带有不饱和键的羧酸对纤维素侧基进行修饰,合成了带有复杂和敏感结构的纤维素酷的均聚物[14]。Hussain等探索用DMSO/TBAF作溶剂,CDI作活化剂得到可溶性纤维素类化合物。近年来,应用CDI制备两亲性共聚物的研究也越来越受到关注。Antoniett等通过CDI活化脂肪酸与超支化聚乙稀酸胺化反应,制备两亲性大分子[15]。Eastmond等通过先合成侧链带羰基的聚酯亚胺,再利用CDI将羰基活化后,加入单氨基封端的PEO,得到两亲性梳型聚合物采用相同的原理,合成了带PEO链段的嵌段共聚酰亚胺,并将其应用于膜研究。Gref等则利用聚糖与聚酯两种物质的不同化学特性,通过CDI化聚醋的端羰基,与聚糖上的轻基耦合,制备出具有可控结构的两亲性聚糖。
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