N,N′-Disuccinimidylcarbonat (DSC) ist formal ein Kohlensäureester mit N-Hydroxysuccinimid (NHS, eine gute Abgangsgruppe) und kann daher als „aktivierte Kohlensäure“ aufgefasst werden. Wie das ähnliche Carbonyldiimidazol CDI stellt DSC ein Syntheseäquivalent von Phosgen dar und findet Verwendung zur Darstellung von so genannten Aktivestern in der Peptidchemie. Die aktivierte Carbonylgruppe des N,N′-Disuccinimidylcarbonat kann präparativ für den Aufbau von Carbamaten, Harnstoffen und Heterocyclen eingesetzt werden.
Herstellung Die Synthese von N,N′-Disuccinimidylcarbonat wurde 1979 beschrieben, ausgehend (A) von N-Hydroxysuccinimid (NHS) und Diphosgen in Xylol unter Rückfluss oder (B) von trimethylsilyliertem NHS und Phosgen in THF bei 0 °C.
450px|zentriert|DSC-Synthesen mit Phosgen und Diphosgen
Die Reinigung erfolgt durch Umkristallisieren mit Acetonitril.
In größeren Ansätzen kann DSC mit dem besser handhabbaren Phosgenersatz Triphosgen in THF und der Base Tributylamin – dessen Hydrochlorid THF-löslich ist – in hoher Reinheit ohne Umkristallisieren in 89 %iger Ausbeute erhalten werden.
500px|zentriert|DSC-Synthese mit Triphosgen
So hergestelltes DSC enthält nur noch Spuren von N-Hydroxysuccinimid.
Eigenschaften N,N′-Disuccinimidylcarbonat ist ein weißer, in Prismen kristallisierender Feststoff. Die, in der Literatur beschriebenen, stark streuenden Schmelzpunkte sind im Wesentlichen auf Verunreinigungen mit dem Ausgangsstoff N-Hydroxysuccinimid zurückzuführen. Es ist in Wasser sehr wenig, in organischen Lösungsmitteln jedoch besser löslich ist. Löslichkeit bei 23 °C in organischen LösungsmittelnTingyu Li; David Vanderah: Solubility of N, N′-Disuccinimidyl Carbonate and its relevance to polysaccharide functionalization in Anal. Biochem. 626 (2021) 114250, . Lösungsmittel Dichlormethan Aceton Acetonitril Tetrahydrofuran Ethylacetat Isopropanol Dimethylformamid Dimethylsulfoxid Löslichkeit in mg·ml−1 2 14 34 3 4 2 88 >250
Die Verbindung ist thermisch instabil. Oberhalb von 200 °C setzt die thermische Zersetzung ein. Die Zersetzung verläuft mit einer Zersetzungswärme von −1763 kJ·kg−1 bzw. −451,6 kJ·mol−1 stark exotherm.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, .
Anwendungen Mit Alkoholen bildet N,N′-Disuccinimidylcarbonat die so genannten „gemischten Carbonate“, die mit Aminen im stöchiometrischen Verhältnis zu Carbamaten reagieren.
400px|zentriert|Bildung von Carbonaten mit Carbamatbildung
Auch mit gehinderten Alkoholen, wie einem substituierten Neopentylalkohol, und gehinderten Aminosäuren, wie tert-Leucin werden sehr hohe Ausbeuten bei geringer Racemisierung erzielt.
Eine häufig genutzte – von Meir Wilchek beschriebene – Anwendung der Aktivierung von Alkoholen ist die Umsetzung von Polyethylenglycolen PEG bzw. von monomethyliertem m-PEG mittels DSC, die bei der so genannten PEGylierung von Proteinen, insbesondere von Antikörpern Verwendung finden.
550px|zentriert|Aktivierung von PEG mittels DSC
Mit überschüssigem Aminen reagiert N,N′-Disuccinimidylcarbonat über Carbamate weiter zu Harnstoffen.
550px|zentriert|Bildung von Dicyclohexylharnstoff mittels DSC
Die Synthese von besonders säurelabilen, auch als Leuchs’sche Anhydride bezeichneten N-Carboxyanhydriden (NCA) aus z. B. mit der 9-Xanthyl-Schutzgruppe an der Aminofunktion blockierten Aminosäuren, verläuft mit relativ hohen Ausbeuten ohne Racemisierung mit N,N′-Disuccinimidylcarbonat.
450px|zentriert|NCA-Synthese mittels DSC
Mit Carbonsäuren reagiert N,N′-Disuccinimidylcarbonat in Gegenwart von Basen, wie Triethylamin oder Pyridin in Acetonitril bei Raumtemperatur unter CO2-Entwicklung in hohen Ausbeuten zu N-Hydroxysuccinimidestern, den so genannten NHS-Aktivestern.
Aminosäuren, die an der Aminogruppe eine Schutzgruppe tragen, wie z. B. eine Z-Gruppe oder Boc-Schutzgruppe, bilden mit DSC analog NHS-Aktivester ohne nachweisbare Racemisierung.
500px|zentriert|Aktivesterbildung mit Aminosäuren mittels DSC
Die Reaktion dieser Aktivester mit Aminogruppen unter Bildung von Carbonsäureamiden eignet sich zum Aufbau von Peptiden und zur Verknüpfung von funktionellen Carbonsäuren mit Proteinen.
Weblinks
Einzelnachweise
Kategorie:Kohlensäurediester Kategorie:Pyrrolidin