tert-Butylcarbazat

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Strukturformel
Strukturformel von tert-Butylcarbazat
Allgemeines
Name Tert-Butylcarbazat
Andere Namen
  • 2-Methyl-2-propanyl-hydrazincarboxylat (IUPAC)
  • tert-Butoxycarbonylhydrazid
  • Boc-hydrazin
  • Hydrazincarbonsäure-1,1-dimethylethylester
Summenformel C5H12N2O2
Kurzbeschreibung

weißes[1] bis beiges[2] Kristallpulver bzw. weiße Nadeln[3]

Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 870-46-2
EG-Nummer 212-795-3
ECHA-InfoCard 100.011.633
PubChem 70091
ChemSpider 63279
Wikidata Q55525261
Eigenschaften
Molare Masse 132,16 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Dichte

1,1740 g·cm−3 bei 25 °C[4]

Schmelzpunkt

39–42 °C[2]

Siedepunkt

63–65 °C bei 0,1 hPa[2]

Dampfdruck

1 hPa bei 70 °C[2]

Löslichkeit

löslich in Methanol und Ethanol[1]

Brechungsindex

1,4496 (25 °C)[4]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[1]
Gefahrensymbol

Achtung

H- und P-Sätze H: 228
P: 210​‐​280​‐​240​‐​241​‐​370+378[1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

tert-Butylcarbazat ist ein mit einer Boc-Schutzgruppe versehenes Hydrazin und eignet sich zum Aufbau substituierter Hydrazine, sowie von anderen vielseitig einsetzbaren tert-butylgeschützten stickstoffhaltigen Zwischenstufen (engl. intermediates), wie z. B. tert-Butylazidoformat (Boc-azid),[5] tert-Butylhydrazodiformat (N,N′-Di-Boc-hydrazin)[6] und dessen Oxidationsprodukt tert-Butylazodiformat (Di-tert-butylazodicarboxylat).[6]

Die im Arbeitskreis von Louis A. Carpino ausgearbeiteten Laborsynthesen von tert-Butylcarbazat[3] gehen im als Method I bezeichneten Syntheseweg aus von S-Methylchlorthioformiat, das mit tert-Butanol zum tert-Butyl-S-methylthiolcarbonat reagiert und mit Hydrazinhydrat in 41 bis 55%iger Gesamtausbeute Boc-hydrazin liefert.

Synthese von tert-Butylcarbazat aus S-Methylchlorthioformiat
Synthese von tert-Butylcarbazat aus S-Methylchlorthioformiat

Eine andere Verfahrensvariante (Method II) startet mit Chlorameisensäurephenylester (Phenylchlorformiat), der mit tert-Butanol tert-Butylphenylcarbonat ergibt, das wiederum mit Hydrazinhydrat in 63 bis 74%iger Gesamtausbeute zu Boc-hydrazin reagiert.

Synthese von tert-Butylcarbazat aus Phenylchlorformiat
Synthese von tert-Butylcarbazat aus Phenylchlorformiat

Während Method I sich auch für größere Ansätze eignet und ein kristallines Produkt liefert, wird nach Methode II statt der übelriechenden Thioverbindung das giftige und stechend riechende Phenylchlorformiat verwendet und Boc-hydrazid in deutlich besseren Ausbeuten, allerdings als schwer kristallisierbares Öl erhalten.

Beide Organic-Syntheses-Methoden erscheinen präparativ aufwendig, umständlich und wenig effizient.

Wesentlich einfacher und sicherer erscheint dagegen die Synthese über Boc-imidazol aus dem leicht zugänglichen und gut handhabbaren Carbonyldiimidazol und tert-BuOH und Umsetzung mit Hydrazin.[7]

Synthese von tert-Butylcarbazat via Carbonyldiimidazol
Synthese von tert-Butylcarbazat via Carbonyldiimidazol

Eine etwas neuere Alternativroute ausgehend von tert-Butylethylcarbonat (aus Chlorameisensäureethylester und tert-Butanol) und dessen Umsetzung mit Hydrazinhydrat bietet wegen langer Reaktionszeiten und geringer Gesamtausbeute (28 %) keine erkennbaren Vorteile.[8]

tert-Butylcarbazat ist in Reinsubstanz ein weißer kristalliner Feststoff, der sich in Alkoholen löst. Wegen seines niedrigen Schmelzpunkts liegt die auch nur leicht verunreinigte Substanz als Öl vor.

In den 1970er Jahren wurde tert-Butylcarbazat als Ausgangsverbindung für das als „carbo-tert-butoxylation agent of choice“[9] propagierte tert-Butylazidoformiat zur Einführung der Boc-Schutzgruppe in der Peptidsynthese von vielen Arbeitskreisen bearbeitet. Wegen seiner Giftigkeit und Gefährlichkeit (Explosionsgefahr!) ist die Verwendung von tert-Butylazidoformiat (Boc-azid) zur Einführung der Boc-Schutzgruppe angesichts sicherer Alternativen, wie z. B. Di-tert-butyldicarbonat (Boc-anhydrid, Boc2O) heutzutage nicht mehr vertretbar.

Das symmetrisch tert-butoxycarbonylsubstituierte Hydrazin tert-Butylhydrazodiformiat (N,N'-di-Boc-hydrazin) ist durch tert-Butoxycarbonylierung von tert-Butylcarbazat mittels Boc-azid[6] bzw. einfacher und sicherer mittels Boc2O bei Raumtemperatur in 85%iger Ausbeute zugänglich.[10]

Synthese von N,N'-di-Boc-hydrazin
Synthese von N,N'-di-Boc-hydrazin

Mit N-Bromsuccinimid kann Di-Boc-hydrazin glatt zu tert-Butylazodiformiat oxidiert werden,[6] das als Dienophil mit Dienen, wie z. B. Cyclopentadien in einer Hetero-Diels-Alder-Reaktion zum entsprechenden Diazanorbornen reagiert.[11]

Diels-Alder-Reaktion mit tert-Butylcarbazat
Diels-Alder-Reaktion mit tert-Butylcarbazat

Aus dem Arbeitskreis von Stephen L. Buchwald stammt eine regioselektive Synthese hochsubstituierter Pyrrole mit dem Schlüsselreagenz tert-Butylhydrazodiformiat.[12]

Ausgehend von Boc-hydrazin ist durch Umsetzung mit para-Toluolsulfonsäurechlorid (Tosylchlorid) das beidseitig geschützte Hydrazinderivat 1-Boc-2-tosylhydrazin (71 % Ausbeute) zugänglich,.

Synthese des unsymmetrisch geschützten 1-Boc-2-tosylhydrazins
Synthese des unsymmetrisch geschützten 1-Boc-2-tosylhydrazins

mit dem in McFadyen-Stevens-Reaktionen aus aliphatischen und aromatischen Carbonsäuren unter milden Bedingungen und in meist hohen Ausbeuten die entsprechenden Aldehyde erhalten werden.[13]

Eine wichtige Reaktionsstufe in der Synthese des HIV-Proteaseinhibitors Atazanavir ist die Einführung einer Hydrazingruppe durch Hydrazonbildung mit Boc-hydrazin.[14]

Hydrazon-Zwischenstufe für Atazanavir
Hydrazon-Zwischenstufe für Atazanavir

Einzelnachweise

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  1. a b c d Datenblatt tert-Butyl carbazate, 98+% bei Alfa Aesar, abgerufen am 8. Mai 2018 (Seite nicht mehr abrufbar).
  2. a b c d Datenblatt tert.-Butylcarbazat 98% bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 8. Mai 2018 (PDF).
  3. a b L.A. Carpino, D. Collins, S. Göwecke, J. Mayo, S.D. Thatte, F. Tibbetts: t-Butyl carbazate In: Organic Syntheses. 44, 1964, S. 20, doi:10.15227/orgsyn.044.0020; Coll. Vol. 5, 1973, S. 166 (PDF).
  4. a b Carl. L. Yaws: The Yaws Handbook of Physical Properties for Hydrocarbons and Chemicals, 2nd Edition. Elsevier, Amsterdam 2015, ISBN 978-0-12-800834-8, S. 84.
  5. W.H. Pearson, P.S. Ramamoorthy, H.O. Sintim, J. Wang: tert-Butyl Azidoformate. In: e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. 2008, doi:10.1002/047084289X.rb364.pub2.
  6. a b c d L.A. Carpino, P.J. Crowley: t-Butyl azodiformate In: Organic Syntheses. 44, 1964, S. 18, doi:10.15227/orgsyn.044.0018; Coll. Vol. 5, 1973, S. 160 (PDF).
  7. W. Klee, M. Brenner: tert-Butyloxycarbonyl-imidazol und tert-Butyloxycarbonyl-hydrazin. In: Helv. Chim. Acta. Band 44, Nr. 7, 1961, S. 2151–2153, doi:10.1002/hlca.19610440742.
  8. M. Muraki, T. Mizoguchi: A convenient preparation of tert-Butyl carbazate. In: Chem. Pharm. Bull. Band 18, Nr. 1, 1970, S. 217–218, doi:10.1248/cpb.18.217.
  9. K. Sakai, J.-P. Anselme: The direct preparation of tert-Butyl azidoformate. In: J. Org. Chem. Band 36, Nr. 16, 1971, S. 2387–2388, doi:10.1021/jo00815a046.
  10. M. Raju, S. Mäeorg, O. Tsubrik, U. Mäeorg: Efficient solventless technique for Boc-protection of hydrazines and amines. In: Arkivoc. Band VI, 2009, S. 291–297, doi:10.3998/ark.5550190.0010.628 (arkat-usa.org).
  11. L.A. Carpino, P.H. Terry, P.J. Crowley: Examination of synthetic routes to monosubstituted diimides. II. Synthesis of tert-butyl aryl- and acylazoformates. Acid-induced cleavage of the thionocarbo-tert-butoxy group. In: J. Org. Chem. Band 26, Nr. 11, 1961, S. 4336–4340, doi:10.1021/jo01069a037.
  12. M.R. Rivero, S.L. Buchwald: Copper-catalyzed vinylation of hydrazides. A regioselective entry to highly substituted pyrroles. In: Org. Lett. Band 9, Nr. 6, 2007, S. 973–976, doi:10.1021/ol062978s.
  13. Y. Iwai, T. Ozaki, R. Takita, M. Uchiyama, J. Shimokawa, T. Fukuyama: Modified McFadyen-Stevens reaction for a versatile synthesis of aliphatic/aromatic aldehydes: Design, optimization, and mechanistic investigations. In: Chem. Sci. Band 4, Nr. 3, 2013, S. 1111–1119, doi:10.1039/C2SC22045H.
  14. L. Dalla-Vechia, B. Reichart, T. Glasnov, L.S.M. Miranda, C.O. Knappe, R.O.M.A. de Souza: A three step continuous flow synthesis of the biaryl unit of the HIV protease inhibitor Atazanavir. In: Org. Biomol. Chem. Band 11, 2013, S. 6806–6813, doi:10.1039/C3OB41464G.