带你了解4,5-二氰基咪唑的合成

介绍

4,5-二氰基咪唑（4,5-Dicyanoimidazole，简称DCI）是一种白色或灰白色结晶粉末，分子式为C5H2N4。它在水中几乎不溶，但可以溶于有机溶剂如乙腈、DMSO和甲醇。它主要作为有机合成中间体，特别是在多肽合成和药物原料合成中。它也用作核苷亚磷酰胺激活剂，在低核苷酸合成中有应用。此外，它还可以作为催化剂参与氧化、歧化和羰基化等有机合成反应。

图一 4,5-二氰基咪唑

合成

将3.20g（20mmol）的25%氢氧化钠水溶液加入N-（氨基甲基）-二氨基马来腈浆料中。混合物在室温下搅拌20小时。由此获得AICN的反应液。作为反应液的HPLC分析的结果，从面积比的角度来看，获得了46%的4,5-二氰基咪唑（AICN）、14%的4-氨基-1H-咪唑-5-甲腈和35%的AIC-咪唑盐。从上述结果可以看出，当根据使用通过在醚中与氨水反应获得的AMD-H时，环化反应的收率提高，并且可以获得高纯度的AICN。相比之下，可以看出，当通过在醇中与氨反应获得AMD-H时，环化反应过程中的副反应增加，AICN的收率较差[1]。

图二 4,5-二氰基咪唑的合成

将KCN（0.46 mmol，30 mg，13C标记或天然丰度）与甲酸铵（0.06 mmol，4 mg）在甲酰胺（1 ml）中混合，并将混合物在165°C下加热2小时（参考文献28）。减压蒸发溶剂，蒸发后用热水萃取残余物。然后，使用1H和13CNMR光谱（H2O中10%的D2O）分析产物混合物。通过向粗混合物中加入真实材料（购自Sigma-Aldrich）并记录1H NMR光谱，以及将粗混合物的13C NMR光谱与真实材料的13C NMR谱进行比较，证实了4,5-二氰基咪唑的形成[2]。

图三 4,5-二氰基咪唑的合成2

在室温下将865克二氨基戊腈装入30升反应器中。向其中加入15.5L二丙二醇二甲醚（DPGDME），并以300rpm搅拌混合物。加入甲酸（1206 mL），将混合物在30°下搅拌45分钟。在氮气吹扫下以2升/分钟的速度将反应器加热至140°C，以使DPGDME水共沸物在约125°C下蒸馏。将氮气增加到5L/分钟，然后增加到10L/分钟，持续约2分钟，然后将氮气流量减少到2L/分钟。约3小时后，将反应器冷却至50°C，并对反应物施加室内真空（~45torr）。将反应器的夹套温度缓慢升至110°C，并在单独的反应器中收集8.5L馏出物。然后将反应器冷却至35°C，让反应物搅拌过夜。然后将反应器加热至50°C，在约20分钟内加入1121g KHCO，每份100g。在50°C下搅拌混合物，直至起泡速度减慢。然后加入22.2g甲基三丁基氯化铵（MTBAC）和1020mL 4-氯苄基氯。将反应置于120托的真空下，将反应物缓慢加热至115°C。共沸物蒸馏后，在115°加热约7小时的同时去除真空。将反应器冷却至35°C并搅拌过夜。然后将反应物置于真空（57mm Hg）下，将反应器加热至95°C。除去约4.2L液体馏出物，反应器在没有进一步真空和加热的情况下冷却至55°C。在20分钟内通过反应器的顶部颈部添加14.4L水。搅拌速率增加到400rpm约30分钟。白固体通过底部排水管过滤到带有侧排放的布氏漏斗中，真空干燥后得到4,5-二氰基咪唑[3]。

图四 4,5-二氰基咪唑的合成3

注意事项

4,5-二氰基咪唑是一种具有中等毒性的有机化合物，它对皮肤有刺激作用（类别2），对眼睛造成严重损伤（类别1），并且具有特异性靶器官系统毒性（一次接触）类别3。在使用时，应采取适当的个人防护措施，如穿戴防护手套和眼罩，并确保良好的通风。一旦发生意外接触，应立即用大量水清洗受影响的皮肤或眼睛，并寻求医疗帮助。储存和处置时也应遵守严格的安全规程，以防止对环境和人体健康造成潜在风险。

参考文献

[1]TAKASE ,Mitsuru,KOMATSU , et al.METHOD FOR PRODUCTION OF N-(2-AMINO-1,2-DICYANOVINYL)IMIDATES AND METHOD FOR PRODUCTION OF AMINOIMIDAZOLE DERIVATIVES[P].EP08740560,2011-10-12.

[2]Ziwei L ,LongFei W ,Jianfeng X , et al.Harnessing chemical energy for the activation and joining of prebiotic building blocks.[J].Nature chemistry,2020,12(11):1-6.

[3]WALKER ,Daniel,SFERDEAN , et al.PROCESS FOR PREPARING 1-(4-CHLOROBENZYL)-1H-IMIDAZOLE-4,5-DICARBOXAMIDE[P].US2023023965,2023-12-07.