530-62-1/N,N’-羰基二咪唑的應(yīng)用

N, N’-羰基二咪唑( 簡(jiǎn)稱(chēng)CDI)是咪唑的衍生物,由結(jié)構(gòu)分析可知, 其咪唑結(jié)構(gòu)中具有一個(gè)閉合的大P鍵, 且其中一個(gè)氮原子未成鍵的sp2軌道上有一對(duì)孤對(duì)電子。這些決定了 CDI 具有較強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性,能與氨、醇、酸等官能團(tuán)反應(yīng),合成許多用一般化學(xué)方法難以得到的化合物。

CDI可與氨( 胺)、醇、羧酸等官能團(tuán)進(jìn)行反應(yīng),得到一系列具有不同結(jié)構(gòu)的中間體,即:氨基甲酰咪唑(氨基甲酰咪唑鹽)、酯基咪唑、 羰基咪唑等。這些中間體具有一定的反應(yīng)活性, 可與氨(胺)、醇、 羧酸等官能團(tuán)進(jìn)一步反應(yīng),制備脲、氨酯、碳酸酯、酰胺及酯等結(jié)構(gòu)的化合物。

應(yīng)用

1.各種化合物合成

1.1脲的合成:

脲的制備主要是通過(guò)氨基甲酰咪唑和氨基甲酰咪唑鹽與氨(胺) 類(lèi)化合物進(jìn)一步反應(yīng)制得。CDI 與伯胺反應(yīng)形成的中間產(chǎn)物(一取代氨基甲酰咪唑) 可與脂肪族伯胺進(jìn)一步反應(yīng),得到脲; 而其與仲胺反應(yīng)得到的N , N-二取代氨基甲酰咪唑活性明顯下降,不能與伯胺、仲胺反應(yīng)。為提高二取代氨基甲酰咪唑的反應(yīng)活性, Robert 等利用碘甲烷作為親核試劑進(jìn)攻氨基甲酰咪唑, 得到了具有高反應(yīng)活性的氨基甲酰咪唑鹽。采用該咪唑鹽可在極為溫和的條件下制備非對(duì)稱(chēng)的三取代脲和四取代脲。由于它具有很高的反應(yīng)活性,可應(yīng)用于液相、準(zhǔn)液相以及固相反應(yīng)體系中。

1.2氨酯的合成：

氨酯的制備有兩條途徑: 氨基甲酰咪唑( 鹽)與醇( 酚)進(jìn)一步反應(yīng);酯基咪唑與氨(胺)進(jìn)一步反應(yīng)。氨基甲酰咪唑鹽與酚反應(yīng)時(shí), 三乙胺的存在對(duì)反應(yīng)起決定性作用;而當(dāng)參加反應(yīng)的羥基為脂肪醇時(shí),則需將其轉(zhuǎn)化為醇鈉,反應(yīng)方能順利進(jìn)行。這是因?yàn)榇嫉娜跛嵝宰柚勾见}(或氫氧根) 離子的形成, 只有當(dāng)氫化鈉加入時(shí),形成的醇鈉才能保證單體具有足夠的反應(yīng)活性。

此外, 硫酚、硫醇在極為溫和的條件下也可與咪唑鹽發(fā)生反應(yīng),得到相應(yīng)的硫代氨酯, 這為側(cè)基上帶有硫醇基團(tuán)的肽類(lèi)物質(zhì)的功能化提供了有效途徑。

1.3碳酸酯：

碳酸酯的形成主要通過(guò)酯基咪唑與醇反應(yīng)得到。值得注意的是,鄰位取代的二元醇在中間產(chǎn)物的作用下,可發(fā)生分子內(nèi)的環(huán)化。

1.4酰胺

酰胺的制備可分別通過(guò)氨基甲酰咪唑(鹽)和羰基咪唑?qū)崿F(xiàn)。應(yīng)用氨基甲酰咪唑鹽制備酰胺時(shí),體系加入適量的堿可促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。傳統(tǒng)理論認(rèn)為, CDI 活化羧酸形成的二氧化碳與氨作用形成氨酯鹽, 從而阻止酰胺鍵的形成。Rajappa等則提出不同的觀點(diǎn)。他們認(rèn)為, 當(dāng)體系位阻不是很大時(shí),二氧化碳與氨基作用, 可形成氧酰離子和氮酰離子,從而提高氨的反應(yīng)活性,加速反應(yīng)進(jìn)行。

1.5 酯

羰基咪唑與醇反應(yīng)即可生成酯。與傳統(tǒng)方法相比, 采用該反應(yīng)所需條件相當(dāng)溫和, 這為合成該類(lèi)化合物開(kāi)辟了一條新途徑。

1.6其他結(jié)構(gòu)

CDI除了能合成上述物質(zhì)外,還可通過(guò)與其它試劑相互作用, 合成酮、醛、 烯烴等結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。

2. CDI作為活化劑的選擇性：

CDI在與不同官能團(tuán)的反應(yīng)過(guò)程中表現(xiàn)出不同的活性,而通過(guò)CDI 得到的咪唑中間體對(duì)不同官能團(tuán)也有活性差異。當(dāng)反應(yīng)活性差異足夠大時(shí),即表現(xiàn)為反應(yīng)的高度選擇性。

2.1 CDI的選擇性活化

對(duì)脂肪族化合物而言,當(dāng)體系中伯胺仲胺( 或伯胺伯醇) 同時(shí)存在時(shí),常溫條件下, CDI可活化伯胺而保留仲胺(或伯醇) ;改變反應(yīng)條件,則二者可被CDI 同時(shí)活化。

2.2 咪唑中間體的選擇性

Batey 等通過(guò)對(duì)一系列官能團(tuán)與咪唑鹽反應(yīng)研究表明,氨基甲酰咪唑鹽對(duì)不同官能團(tuán)有著不同的反應(yīng)活性。在一系列官能團(tuán)中,硫酚活性最強(qiáng), 硫醇次之, 脂肪醇與芳香胺則幾乎不與咪唑鹽反應(yīng)。其反應(yīng)活性具體如下:

PhSH> > ChxSH>BuNH2 ≥PhOH≥EtCOOH> > PhNH2 ≈ BuOH

由于反應(yīng)活性的不同,因而咪唑鹽對(duì)AB 型單體可進(jìn)行選擇性反應(yīng)。如咪唑鹽在溫和的反應(yīng)條件下與對(duì)氨基苯甲酸、對(duì)氨基苯酚等實(shí)現(xiàn)選擇性反應(yīng), 保留氨基。不同位置的醇通過(guò)CDI活化所得酯基咪唑也有不同的反應(yīng)活性。其中, 一取代酯基咪唑可與多取代的氨基和羥基反應(yīng); 而多取代的酯基咪唑只能與伯胺、一取代醇進(jìn)行反應(yīng)。此外, 不同位阻的羧酸形成的羰基咪唑?qū)Π钡姆磻?yīng)具有不同的反應(yīng)活性。一取代羰基咪唑能與伯胺、仲胺反應(yīng);而二取代脂肪酸通過(guò)CDI活化得到的中間體只與伯胺反應(yīng)。CDI對(duì)不同官能團(tuán)的選擇性,為不采用保護(hù)去保護(hù)方法制備功能化合物提供了一條有效途徑。