Dicyclohexylcarbodiimid

N,N'-Dicyclohexylcarbodiimid (abgekürzt DCC, auch N,N'-Dicyclohexylmethandiimin) ist eine reaktive organische Verbindung aus der Gruppe der Carbodiimide, die häufig in der Synthesechemie eingesetzt wird. Bei Standardbedingungen ist DCC ein farbloser Feststoff mit schwachem, charakteristischem Geruch.

Darstellung und Gewinnung

Eine Darstellung geht vom Dicyclohexylthioharnstoff aus, wobei durch die Umsetzung mit Quecksilber(II)-oxid über einen Schwefel-Sauerstoff-Austausch intermediär das entsprechende Harnstoffderivat und nach anschließender Dehydratisierung die Zielverbindung entsteht.^[6]

Bei einem ähnlichen Syntheseweg wird Dicyclohexylharnstoff in Gegenwart von p-Toluolsulfonsäurechlorid und Kaliumcarbonat als Base^[7] oder Triphenylphosphin und Triethylamin als Base^[8] dehydratisiert.

Eigenschaften

Dicyclohexylcarbodiimid ist ein niedrig schmelzender Feststoff mit einem Schmelzpunkt bei 34–35 °C.^[9] Bei wärmeren Umgebungstemperaturen kann der Stoff auch flüssig als unterkühlte Schmelze vorliegen. Da die Verbindung bei höheren Temperaturen zur Polymerisation und Zersetzung neigt, kann eine Destillation nur unter reduziertem Druck erfolgen. Der Siedepunkt liegt bei einem Druck von 15 mbar bei 148–152 °C.^[9] Der Flammpunkt ist mit 113 °C relativ hoch.^[9]

Verwendung

DCC findet vor allem bei der Synthese organischer Ester und Amide Verwendung. Insbesondere bei sterisch anspruchsvollen Edukten kommt es zu deutlichen Ausbeutesteigerungen.^[10] Des Weiteren ermöglicht es – im Gegensatz zur Fischer-Veresterung – Veresterungen und Amidierungen unter sehr milden Bedingungen, was für säurelabile Edukte wie tert-Butylalkohol von Interesse ist. Deswegen kommt DCC auch eine bedeutende Rolle in der in-vitro-Peptidsynthese und bei der Einführung von Schutzgruppen zu.

Veresterungen und Amidierungen mit DCC

Carboxygruppen addieren rasch an eine C=N-Doppelbindung des DCC, wobei der entsprechende O-Acylisoharnstoff gebildet wird. Dieser Ester ist sehr reaktiv (vergleichbar mit einem Säureanhydrid), so dass er leicht von Aminen zum Amid umgesetzt wird. Für die Reaktion mit Alkoholen wird zusätzlich ein Acylgruppen-Überträger wie DMAP benötigt und man spricht von einer Steglich-Veresterung.^[11] In der Summe wird das aus der Kondensation der Säure mit dem Alkohol/Amin resultierende Wasser vom DCC aufgenommen und dieses dadurch zum N,N'-Dicyclohexylharnstoff umgesetzt.

Bei Veresterungen tritt als Konkurrenzreaktion häufig eine 1,3-Umlagerung auf, in welcher der O-Acylisoharnstoff irreversibel zum N-Acylharnstoff reagiert. Sowohl Acylgruppen-Überträger^[12] als auch Säurekatalyse^[13]^[14]^[15] können diese Reaktion unterdrücken, beides ist jedoch noch Gegenstand aktueller Forschung. Weitere Probleme dieser Reaktionen resultieren insbesondere bei der Produktreinigung aus dem anfallenden N,N'-Dicyclohexylharnstoff bzw. durch ebenfalls gebildete Säureanhydride.

DCC-aktivierte Veresterungen werden in der Regel bei 0 bis 25 °C und in trockenem (DCC ist wasserempfindlich) Dichlormethan durchgeführt, da hiermit in der Vergangenheit die besten Ausbeuten erzielt wurden. Auch ist das sich bildende Harnstoffderivat in Dichlormethan unlöslich und fällt somit aus der Reaktionslösung aus.

Als Alternative zu DCC wurden andere Carbodiimide^[14] sowie das Standard-Schutzgruppenreagenz Di-tert-butyldicarbonat (Boc₂O)^[16] vorgeschlagen.

Sicherheitshinweise

DCC kann bereits bei Hautkontakt giftig wirken, aber auch schwere Reizungen der Atemwege oder Augenschädigungen hervorrufen. DCC wirkt sensibilisierend.

Einzelnachweise

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 ^1,4 Datenblatt Dicyclohexylcarbodiimid bei Merck, abgerufen am 19. Januar 2011.
↑ G. Losse, W. Zönnchen, "Die Formylgruppe, eine oxydativ entfernbare Schutzgruppe für Peptidsynthesen." in: Liebigs Ann. Chem. 1960, 636, 140–143.
↑ ^3,0 ^3,1 Eintrag aus der CLP-Verordnung zu CAS-Nr. 538-75-0 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA (JavaScript erforderlich)
↑ Datenblatt N,N′-Dicyclohexylcarbodiimide bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 24. März 2011.
↑ Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Zubereitungen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.
↑ S. Hauptmann, J. Graefe, H. Remane: Lehrbuch der organischen Chemie, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1976, S.433.
↑ Z.M. Jászay; I. Petneházy; L. Töke; B. Szajáni: Preparation of Carbodiimides Using Phase-Transfer Catalysis in Synthesis 1987, 520-523. doi:10.1055/s-1987-27992
↑ R. Appel; R. Kleinstück; K.-D. Ziehn: Über die gemeinsame Einwirkung von Phosphinen und Tetrachlorkohlenstoff auf Ammoniak (Derivate), IV Notiz über eine neue Carbodiimid-Synthese in Chem. Ber. 104 (1971) 1335-1336. doi:10.1002/cber.19711040438
↑ ^9,0 ^9,1 ^9,2 Sorbe: Sicherheitstechnische Kenndaten chemischer Stoffe. 130. Ergänzungslieferung 6/2009, ecomed-Verlag
↑ H. Wiener, C. Gilon, J. Mol. Cat. 1986, 37, 45-52.
↑ B. Neises, W. Steglich: Simple Method for the Esterification of Carboxylic Acids. In: Angew. Chem. Int. Ed. 1978, 17, 522–524.
↑ E. F. V. Scriven, Chem. Soc. Rev. 1983, 12, 129.
↑ K. Holmberg, B. Hansen, Acta Chem. Scand. 1979, B33, 410.
↑ ^14,0 ^14,1 J. S. Moore, S. I. Stupp, Macromolecules 1990, 23, 65.
↑ E. P. Boden, G. E. Keck, J. Org. Chem. 1985, 50, 2394.
↑ L. J. Gooßen, A. Döhring, Synlett 2004, 2, 263.

Weblinks

[merck-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 ^1,4 Datenblatt Dicyclohexylcarbodiimid bei Merck, abgerufen am 19. Januar 2011.

[losse-2] G. Losse, W. Zönnchen, "Die Formylgruppe, eine oxydativ entfernbare Schutzgruppe für Peptidsynthesen." in: Liebigs Ann. Chem. 1960, 636, 140–143.

[CLP_570117-3] 3,0 ^3,1 Eintrag aus der CLP-Verordnung zu CAS-Nr. 538-75-0 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA (JavaScript erforderlich)

[Sigma-4] Datenblatt N,N′-Dicyclohexylcarbodiimide bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 24. März 2011.

[5] Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Zubereitungen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.

[6] S. Hauptmann, J. Graefe, H. Remane: Lehrbuch der organischen Chemie, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1976, S.433.

[7] Z.M. Jászay; I. Petneházy; L. Töke; B. Szajáni: Preparation of Carbodiimides Using Phase-Transfer Catalysis in Synthesis 1987, 520-523. doi:10.1055/s-1987-27992

[8] R. Appel; R. Kleinstück; K.-D. Ziehn: Über die gemeinsame Einwirkung von Phosphinen und Tetrachlorkohlenstoff auf Ammoniak (Derivate), IV Notiz über eine neue Carbodiimid-Synthese in Chem. Ber. 104 (1971) 1335-1336. doi:10.1002/cber.19711040438

[Sorbe-9] 9,0 ^9,1 ^9,2 Sorbe: Sicherheitstechnische Kenndaten chemischer Stoffe. 130. Ergänzungslieferung 6/2009, ecomed-Verlag

[10] H. Wiener, C. Gilon, J. Mol. Cat. 1986, 37, 45-52.

[11] B. Neises, W. Steglich: Simple Method for the Esterification of Carboxylic Acids. In: Angew. Chem. Int. Ed. 1978, 17, 522–524.

[12] E. F. V. Scriven, Chem. Soc. Rev. 1983, 12, 129.

[13] K. Holmberg, B. Hansen, Acta Chem. Scand. 1979, B33, 410.

[moore-14] 14,0 ^14,1 J. S. Moore, S. I. Stupp, Macromolecules 1990, 23, 65.

[15] E. P. Boden, G. E. Keck, J. Org. Chem. 1985, 50, 2394.

[16] L. J. Gooßen, A. Döhring, Synlett 2004, 2, 263.

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