Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Общая структура карбодиимидов: основная функциональная группа показана синим цветом с присоединенными группами R

В области органической химии , A карбодиимид (систематическое название ИЮПАК: methanediimine [1] ) представляет собой функциональную группу с формулой RN = C = NR. Они исключительно синтетические. Хорошо известным карбодиимидом является дициклогексилкарбодиимид , который используется в синтезе пептидов . [2] Диалкилкарбодиимиды стабильны. Некоторые производные диарила имеют тенденцию превращаться в димеры и полимеры при стоянии при комнатной температуре, хотя это в основном происходит с карбодиимидами с низкой температурой плавления, которые являются жидкими при комнатной температуре. [3] Твердые диарилкарбодиимиды более стабильны, но могут медленно подвергатьсягидролиз в присутствии воды с течением времени.

Структура и связь [ править ]

Вид сзади на ядро C (NC 3 ) 2 C (NCHPh 2 ) 2, как определено с помощью рентгеновской кристаллографии (цветовая схема: серый = C, синий = N) [4]
Вид сбоку на ядро C (NC 3 ) 2 C (NCHPh 2 ) 2, как определено с помощью рентгеновской кристаллографии. [4]

С точки зрения связи, карбодиимиды являются изоэлектронными с диоксидом углерода . Карбодиимиды описывают три основные резонансные структуры:

RN = C = NR ↔ RN + ≡CN - R ↔ RN - -C≡N + R

Сердечник N = C = N относительно линейный, а углы CN = C приближаются к 120 °. В случае C (NCHPh 2 ) 2 центральный угол N = C = N составляет 170 °, а углы CN = C находятся в пределах 1 ° от 126 °. [4] Расстояния C = N короткие, около 120 пм, что характерно для двойных связей. Карбодиимиды хиральны , обладают С 2 -симметрией и, следовательно, аксиальной хиральностью . [5] Однако из-за низкого энергетического барьера молекулы, вращающейся и тем самым быстро преобразующейся между ее изомерами, фактическое выделение одного оптического изомера карбодиимида чрезвычайно сложно. Это было продемонстрировано по крайней мере один раз в случае конформационно ограниченногоциклические карбодиимиды; хотя есть и другие сообщения об одноручных аксиально-хиральных карбодиимидах, их достоверность с тех пор была поставлена ​​под сомнение на экспериментальных и расчетных основаниях. [6] [7]

Исходное соединение, methanediimine, (HN = C = NH), представляет собой таутомер из цианамида .

Синтез [ править ]

Из тиомочевины и мочевины [ править ]

Классический путь получения карбодиимидов включает дегидросульфуризацию тиомочевин. Типичным реагентом для этого процесса является оксид ртути : [8]

(R (H) N) 2 CS + HgO → (RN) 2 C + HgS + H 2 O

Эту реакцию часто можно проводить, как указано, даже если карбодиимиды реагируют с водой. В некоторых случаях к реакционной смеси добавляют дегидратирующий агент.

Обезвоживание N, N'-диалкилмочевины дает карбодиимиды:

(R (H) N) 2 CO → (RN) 2 C + H 2 O

Пятиокись фосфора [9] и п- толуолсульфонилхлорид использовались в качестве дегидратирующих агентов. [10] [11]

Из изоцианатов [ править ]

Изоцианаты могут быть преобразованы в карбодиимиды с потерей диоксида углерода: [12] [3]

2 RN = C = O → (RN) 2 C + CO 2

Реакция катализируется оксидами фосфина . Эта реакция обратима. [8]

Реакции [ править ]

По сравнению с другими гетероалленами карбодиимиды являются очень слабыми электрофилами и реагируют с нуклеофилами только в присутствии катализаторов, таких как кислоты. [13] Таким способом можно получить гуанидины . [2] В качестве слабых оснований карбодиимиды связываются с кислотами Льюиса с образованием аддуктов . [8]

Окисление Моффатта [ править ]

Карбодиимиды - это реагенты для окисления Моффатта , протокола преобразования спирта в карбонил (кетон или альдегид) с использованием диметилсульфоксида в качестве окислителя: [14]

(CH 3 ) 2 SO + (CyN) 2 C + R 2 CHOH → (CH 3 ) 2 S + (CyNH) 2 CO + R 2 C = O

Обычно сульфоксид и диимид используются в избытке. [15] Побочными продуктами реакции являются диметилсульфид и мочевина .

Связующие агенты [ править ]

В органическом синтезе соединения, содержащие карбодиимидную функциональную группу, используются в качестве агентов дегидратации. В частности, они часто используются для превращения карбоновых кислот в амиды или сложные эфиры . Для увеличения выхода и уменьшения побочных реакций часто добавляют добавки, такие как N-гидроксибензотриазол или N-гидроксисукцинимид .

Поликарбодиимиды также можно использовать в качестве сшивающих агентов для водных смол, таких как полиуретановые дисперсии или акриловые дисперсии. Здесь поликарбодиимид реагирует с карбоновыми кислотами, функциональные группы которых часто присутствуют в таких водных смолах, с образованием N-ацилмочевины. В результате между полимерными цепями образуются ковалентные связи, что делает их сшитыми. [16] [17]

Механизм образования амида [ править ]

Образование амида с использованием карбодиимида - обычная реакция, но она сопряжена с риском возникновения нескольких побочных реакций. Кислота 1 будет реагировать с карбодиимидом с образованием ключевого промежуточного соединения: O-ацилизомочевины 2 , которую можно рассматривать как сложный эфир карбоновой кислоты с активированной уходящей группой. O-ацилизомочевина будет реагировать с аминами с образованием желаемого амида 3 и мочевины 4 .

Возможные реакции O-ацилизомочевины 2 дают как желаемые, так и нежелательные продукты. O-ацилизомочевина 2 может реагировать с дополнительной карбоновой кислотой 1 с образованием ангидрида кислоты 5 , который может далее реагировать с образованием амида 3 . Основной нежелательный путь реакции включает в себя перестройку O-ацилизомочевина 2 до стабильного N - acylurea 6 . Использование растворителей с низкой диэлектрической проницаемостью, таких как дихлорметан или хлороформ, может минимизировать эту побочную реакцию. [18]

Примеры [ править ]

DCC [ править ]

Структура дициклогексилкарбодиимида
Основная статья: Дициклогексилкарбодиимид

DCC (аббревиатура от N, N'- дициклогексилкарбодиимида ) был одним из первых карбодиимидов, разработанных в качестве реагента. Он широко используется для образования амидов и сложных эфиров, особенно для твердофазного пептидного синтеза. DCC приобрел популярность в основном благодаря своим реакциям амидного сочетания с высоким выходом и тому факту, что он довольно недорогой.

Однако у DCC есть серьезные недостатки, и от его использования часто отказываются по нескольким причинам:

  1. Побочный продукт N, N'- дициклогексилмочевины в основном удаляется фильтрацией, но следовые примеси могут быть трудно удалить. Он несовместим с традиционным твердофазным пептидным синтезом.
  2. DCC является сильным аллергеном , и повторный контакт с кожей увеличивает вероятность сенсибилизации к этому соединению. Сообщалось о клинических отчетах о людях, которые не могут входить в комнаты, где используются пептидные связывающие агенты.

DIC [ править ]

Структура N, N'-диизопропилкарбодиимида
Основная статья: N, N'-диизопропилкарбодиимид

В отличие от DCC, DIC (N, N'-диизопропилкарбодиимид) представляет собой жидкость. Продукт его гидролиза, N, N'-диизопропилмочевина, растворим в органических растворителях.

EDC [ править ]

Основная статья: 1-этил-3- (3-диметиламинопропил) карбодиимид

EDC - водорастворимый карбодиимидный реагент, используемый для широкого круга целей. Помимо использования, аналогичного использованию DCC и DIC, он также используется для различных биохимических целей в качестве сшивающего агента или химического зонда .

CMCT или CMC [ править ]

1-циклогексил- (2-морфолиноэтил) карбодиимид metho- р -толуол сульфонат представляет собой карбодиимид , разработанная для химической зондирующего структуры РНК в биохимии.

См. Также [ править ]

  • Диимид серы - аналог серы

Ссылки [ править ]

  1. ^ Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 (Синяя книга) . Кембридж: Королевское химическое общество . 2014. с. 375. DOI : 10.1039 / 9781849733069-00372 . ISBN 978-0-85404-182-4. Название карбодиимид для HN = C = NH сохраняется, но только для общей номенклатуры; никакая замена не допускается. Систематическое название, метандиимин, является предпочтительным названием ИЮПАК.
  2. ^ а б Эндрю Уильямс, Ибрагим Т. Ибрагим (1981). «Химия карбодиимида: последние достижения». Chem. Ред . 81 (6): 589–636. DOI : 10.1021 / cr00046a004 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  3. ^ Б Т. В. Кэмпбелл, Джей Monagle (1963). «Дифенилкарбодиимид». Орг. Synth . 43 : 31. DOI : 10,15227 / orgsyn.043.0031 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  4. ^ a b c Irngartinger, H .; Jager, H.-U. (1978). "Кристалл- и молекулярная структура из карбодиимидена: бис (дифенилметил) карбодиимид и бис (п-метоксифенил) карбодиимид" . Acta Crystallographica Раздел B Структурная кристаллография и кристаллохимия . 34 (11): 3262–3265. DOI : 10.1107 / S0567740878010626 .
  5. ^ Винсент, AT; Уитли, П. Дж. (1972). «Кристаллическая структура бис- п- нитрофенилкарбодиимида, O 2 N · C 6 H 4 · N: C: N · C 6 H 4 · NO 2 ». Журнал химического общества, Perkin Transactions 2 (11): 1567–1571. DOI : 10.1039 / P29720001567 .
  6. ^ Танигучи, Тору; Сузуки, Такахиро; Сато, Харука; Ситибу, Юкацу; Кониси, Кацуаки; Монд, Кендзи (2018). «Получение карбодиимидов с одноручной аксиальной хиральностью» . Журнал Американского химического общества . 140 (46): 15577−15581. DOI : 10.1021 / jacs.8b08969 . PMID 30398863 . Дата обращения 18 августа 2020 . 
  7. ^ Дамрауэр, Роберт; Линь, Хай; Дамрауэр, Нильс Х. (2014). "Вычислительные исследования карбодиимидных колец" . Журнал органической химии . 79 (9): 3781−3788. DOI : 10.1021 / jo4026435 . PMID 24716711 . Дата обращения 18 августа 2020 . 
  8. ^ a b c Фредерик Курзер, К. Дураги-Заде (1967). «Успехи химии карбодиимидов». Chem. Ред . 67 (2): ee107–152. DOI : 10.1021 / cr60246a001 . PMID 4859920 . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  9. ^ Анри Ульрих (2008). Химия и технология карбодиимидов . Wiley-VCH. ISBN 978-0-470-06510-5.
  10. Перейти ↑ John C. Sheehan, Philip A. Cruickshank (1968). «Гидрохлорид и метиодид 1-этил-3- (3-диметиламино) пропилкарбодиимида». Орг. Synth . 48 : 83. DOI : 10,15227 / orgsyn.048.0083 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  11. ^ Арнаб К. Maity, Скай Фортир, Леонель Гриий, Алехандро Дж Метта-Маганья (2014). «Синтез« сверхмассивного »гуанидината, обладающего расширяемым координационным карманом». Неорг. Chem . 53 (15): 8155–8164. DOI : 10.1021 / ic501219q . PMID 25029088 . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  12. ^ Monagle, JJ (1962). «Карбодиимиды. III. Превращение изоцианатов в карбодиимиды. Исследования катализаторов». J. Org. Chem. 27 (11): 3851–3855. DOI : 10.1021 / jo01058a022 .
  13. ^ Ли, Чжэнь; Майер, Роберт Дж .; Офиал, Армин Р .; Майр, Герберт (2020-04-27). «От карбодиимидов до двуокиси углерода: количественная оценка электрофильных реактивностей гетероалленов». Журнал Американского химического общества . 142 (18): 8383–8402. DOI : 10.1021 / jacs.0c01960 . PMID 32338511 . 
  14. ^ Тидвелл, TT (1990). «Окисление спиртов активированным диметилсульфоксидом и родственные реакции: обновление». Синтез . 1990 (10): 857–870. DOI : 10,1055 / с-1990-27036 .
  15. ^ Джон Г. Моффатт (1967). «Холан-24-ал». Орг. Synth . 47 : 25. DOI : 10,15227 / orgsyn.047.0025 .
  16. ^ Хессельманс, LCJ; Дерксен, AJ; ван ден Гурберг, JAM (2006). «Поликарбодиимидные сшивающие агенты». Прогресс в органических покрытиях . 55 (2): 142–148. DOI : 10.1016 / j.porgcoat.2005.08.011 . ISSN 0300-9440 . 
  17. ^ Posthumus, W .; Дерксен, AJ; ван ден Гоорберг, JAM; Хессельманс, LCJ (2007). «Сшивание поликарбодиимидами». Прогресс в органических покрытиях . 58 (2–3): 231–236. DOI : 10.1016 / j.porgcoat.2006.09.031 . ISSN 0300-9440 . 
  18. ^ Хотан Mojarradi (2010). Связывание веществ, содержащих первичный амин, с гиалуронаном посредством карбодиимид-опосредованного амидирования (тезис). Уппсальский университет. ISSN 1650-8297 .