Dicyclohexylcarbodiimid

Strukturformel
	Strukturformel Dicyclohexylcarbodiimid
Allgemeines
Name	N,N′-Dicyclohexylcarbodiimid
Andere Namen	Dicyclohexylcarbodiimid; DCC; Carbodiimidyldicyclohexan;
Summenformel	C13H22N2
Kurzbeschreibung	farbloser Feststoff<ref name=merck>Datenblatt Vorlage:Linktext-Check bei MerckVorlage:Abrufdatum</ref> mit charakteristischem Geruch<ref name="GESTIS" />
Externe Identifikatoren/Datenbanken
EG-Nummer	208-704-1
ECHA-InfoCard	100.007.914
PubChem	10868
ChemSpider	10408
DrugBank	Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 1686: attempt to index field 'wikibase' (a nil value) Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 1686: attempt to index field 'wikibase' (a nil value)
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Eigenschaften
Molare Masse	206,33 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	0,95 g·cm−3 (40 °C)<ref name=merck/>
Schmelzpunkt	35–36 °C<ref name=merck/>
Siedepunkt	154–156 °C (bei 15 hPa)<ref name="losse">Günter Losse, Werner Zönnchen: Die Formylgruppe, eine oxydativ entfernbare Schutzgruppe für Peptidsynthesen. In: Justus Liebigs Annalen der Chemie. 636, 1960, S. 140–143, doi:10.1002/jlac.19606360113.</ref>
Löslichkeit	nahezu unlöslich in Wasser,<ref name=merck/> gut löslich in Dichlormethan, Tetrahydrofuran, Acetonitril und DMF<ref name="eEROS">e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, 1999–2023, John Wiley and Sons, Inc., Eintrag für 1,3-Dicyclohexylcarbodiimide, abgerufen am 13. August 2014.</ref>
Sicherheitshinweise
Gefahrensymbol	Gefahrensymbol
H- und P-Sätze	H: 302‐311‐317‐318
	P: 261‐264‐280‐301+312‐302+352‐305+351+338<ref name="GESTIS" />
Toxikologische Daten	1110 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral)<ref name=merck/>
	Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

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.<ref>S. Hauptmann, J. Graefe, H. Remane: Lehrbuch der organischen Chemie, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1976, S. 433.</ref>

Synthese von Dicyclohexylcarbodiimid

Bei einem ähnlichen Syntheseweg wird Dicyclohexylharnstoff in Gegenwart von einem Sulfonsäurechlorid (z. B. TsCl) und Kaliumcarbonat als Base<ref>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.</ref> oder Triphenylphosphin und Triethylamin als Base<ref>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.</ref> dehydratisiert.

Synthese von Dicyclohexylcarbodiimid

Eigenschaften

Dicyclohexylcarbodiimid ist ein niedrig schmelzender Feststoff mit einem Schmelzpunkt bei 34–35 °C.<ref name="Sorbe">Sorbe: Sicherheitstechnische Kenndaten chemischer Stoffe. 130. Ergänzungslieferung 6/2009, ecomed-Verlag.</ref> Bei kälteren 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.<ref name="Sorbe"/> Der Flammpunkt ist mit 113 °C relativ hoch.<ref name="Sorbe"/> Die Verbindung ist thermisch instabil. Eine DSC-Messung zeigt ab 254 °C eine exotherme Zersetzungsreaktion mit einer Wärmetönung von −269 kJ·kg⁻¹ bzw. −55,5 kJ·mol⁻¹.<ref name="Sperry">Sperry, J.B.; Minteer, C.J.; Tao, J.; Johnson, R.; Duzguner, R.; Hawksworth, M.; Oke, S.; Richardson, P.F.; Barnhart, R.; Bill, D.R.; Giusto, R.A.; Weaver, J.D.: Thermal Stability Assessment of Peptide Coupling Reagents Commonly Used in Pharmaceutical Manufacturing in Org. Process Res. Dev. 22 (2018) 1262–1275, doi:10.1021/acs.oprd.8b00193.</ref>

Verwendung

DCC findet vor allem bei der Synthese organischer Ester und Amide Verwendung. Insbesondere bei sterisch anspruchsvollen Edukten kommt es zu deutlichen Ausbeutesteigerungen.<ref>Harold Wiener, Chaim Gilon: An improved method for the catalytic preparation of t-butyl esters of carboxylic and fatty acids. In: Journal of Molecular Catalysis. 37, 1986, S. 45–52, doi:10.1016/0304-5102(86)85136-7.</ref> 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.<ref>Bernhard Neises, Wolfgang Steglich: Simple Method for the Esterification of Carboxylic Acids. In: Angewandte Chemie International Edition in English. 17, 1978, S. 522–524, doi:10.1002/anie.197805221.</ref> 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<ref>Eric F. V. Scriven: 4-Dialkylaminopyridines: super acylation and alkylation catalysts. In: Chemical Society Reviews. 12, 1983, S. 129, doi:10.1039/CS9831200129.</ref> als auch Säurekatalyse<ref>K. Holmberg, B. Hansen: Ester Synthesis with Dicyclohexylcarbodiimide Improved by Acid Catalysts. In: Acta Chem. Scand. 1979, B33, 410–412, doi:10.3891/acta.chem.scand.33b-0410, PDF.</ref><ref name="moore">Jeffrey S. Moore, Samuel I. Stupp: Room temperature polyesterification. In: Macromolecules. 23, 1990, S. 65–70, doi:10.1021/ma00203a013.</ref><ref>E. P. Boden, G. E. Keck: Proton-transfer steps in Steglich esterification: a very practical new method for macrolactonization in J. Org. Chem. 1985, 50, 2394–2395, doi:10.1021/jo00213a044.</ref> 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<ref name="moore" /> sowie das Standard-Schutzgruppenreagenz Di-tert-butyldicarbonat (Boc₂O) vorgeschlagen.<ref>Lukas J. Gooßen, Arno Döhring: A Convenient Protocol for the Esterification of Carboxylic Acids with Alcohols in the Presence of di-t-Butyl Dicarbonate. In: Synlett. 2004, S. 0263, doi:10.1055/s-2003-44986.</ref>

Sicherheitshinweise

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

Weblinks

Einzelnachweise

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