N-Hydroxysuccinimid

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Strukturformel
Strukturformel N-Hydroxysuccinimid
Allgemeines
Name N-Hydroxysuccinimid
Andere Namen

1-Hydroxy-2,5-pyrrolidindion

Summenformel C4H5NO3
CAS-Nummer 6066-82-6
PubChem 80170
Kurzbeschreibung

farb- und geruchloser kristalliner Feststoff[1]

Eigenschaften
Molare Masse 115,09 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Schmelzpunkt

99-101 °C[2]

Löslichkeit

gut löslich in Wasser[3]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [1]
keine GHS-Piktogramme
H- und P-Sätze H: keine H-Sätze
P: keine P-Sätze [1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.
Vorlage:Infobox Chemikalie/Summenformelsuche vorhanden

N-Hydroxysuccinimid (NHS, in Strukturformeln meist als HOSu abgekürzt, nach IUPAC 1-Hydroxy-2,5-pyrrolidindion) ist das N-Hydroxy-Derivat von Succinimid. Die Substanz wird in organischen Synthesen vor allem zur Herstellung sogenannter NHS-Ester verwendet.

Darstellung[Bearbeiten]

N-Hydroxysuccinimid entsteht bei der Umsetzung von Bernsteinsäureanhydrid mit Hydroxylamin.[4] Die Reaktion findet nach Verdampfen des als Lösungsmittel eingesetzten Methanols im Vakuum bei 160 °C in der Schmelze statt. Nach mehrfacher Extraktion des viskosen Rückstandes wird das Reinprodukt in 46%iger Ausbeute erhalten.

N-Hydroxysuccinimid durch Reaktion von Bernsteinsäureanhydrid mit Hydroxylamin

Eine einfachere Variante nutzt statt Hydroxylamin das leichter zu handhabende Hydroxylamin-hydrochlorid im Gemisch mit Bernsteinsäureanhydrid, das im Rotationsverdampfer unter Vakuum auf 160 °C erhitzt wird, bis kein Wasser mehr aus der Schmelze entweicht. Nach mehrmaliger Extraktion mit mehreren organischen Lösungsmitteln fällt reines NHS in 44%iger Ausbeute an.[5]

Eine weitere Verfahrensvereinfachung ist die Reaktion von Hydroxylamin und Bernsteinsäureanhydrid in Wasser (vermutlich zunächst unter Bildung der Monohydroxamsäure) und anschließender Ringschluss unter Wasserabspaltung im Vakuum bei 105 °C, die unter Vermeidung aufwendiger Extraktionen in 70–78%iger Ausbeute zum NHS-Monohydrat führt.

Wasserfreies N-Hydroxysuccinimid über das Monohydrat

Zweistündiges Erhitzen des Monohydrats unter Hochvakuum auf 80–90 °C liefert reines wasserfreies N-Hydroxysuccinimid in quantitativer Ausbeute.[6]

Eigenschaften[Bearbeiten]

N-Hydroxysuccinimid ist ein farb- und geruchloser kristalliner Feststoff. Es ist in Wasser leicht löslich und zeigt darin eine schwach saure Reaktion. NHS ist ein schwaches Oxidationsmittel.

Verwendung[Bearbeiten]

In chemischen und biochemischen Synthesen ist N-Hydroxysuccinimid eine vielseitig und häufig eingesetzte Verbindung.

Durch Umsetzung mit einer Carbonsäure und einem Aktivierungs-Reagenz, wie beispielsweise Dicyclohexylcarbodiimid (DCC) oder 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimid (EDC), werden damit NHS-Ester hergestellt. NHS-Ester sind „aktivierte Carbonsäuren“ und reagieren leicht mit Aminofunktionen – beispielsweise von Peptiden oder Proteinen –, die deutlich nukleophiler als Alkohole sind.[7]

Prinzip der Herstellung und Umsetzung eines NHS-Esters

NHS-Ester sind relativ hydrolysestabil.[8]

Ähnliche Reagenzien zur Aktivierung von Carbonsäuren sind N-Hydroxysulfosuccinimid Natriumsalz, 1-Hydroxybenzotriazol (HOBT), 1-Hydroxy-7-azabenzotriazol (HOAT) und Pentafluorphenol.

Die oxidierenden Eigenschaften von NHS können zur Ruthenium-katalysierten Umwandlung endständiger Alkine in Carbonsäure-Derivate genutzt werden.[9]

Die Verwendung von NHS zur Herstellung von Aktivestern wurde erstmals 1963 von George W. Anderson, Joan E. Zimmerman und Francis M. Callahan beschrieben.[10]

Toxikologie[Bearbeiten]

N-Hydroxysuccinimid ist im Tiermodell Maus und Ratte weder kanzerogen noch teratogen. Bei der Backhefe Saccharomyces cerevisiae löst es keine mitotischen Genveränderungen aus.[11]

Literatur[Bearbeiten]

  • B. Lygo: Handbook of Reagents for Organic Synthesis – Activating Agents and Protecting Groups. A. J. Pearson und W. R. Roush (Hrsg.), Verlag Wiley, 1999, S. 225–227.
  • C. A. Montalbetti und V. Falque: Amide bond formation and peptide coupling. In: Tetrahedron 61, 2005, S. 10827–10852, doi:10.1016/j.tet.2005.08.031.
  • V. A. Shibnev u. a.: N-hydroxysuccinimide esters in the synthesis of collagen-type structures. In: Russian Chemical Bulletin 18, 1969, S. 2367–2370, doi:10.1007/BF00906511.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c d Datenblatt N-Hydroxysuccinimid (PDF) bei Merck, abgerufen am 21. Februar 2010.
  2. Eintrag zu Succinimid. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 28. Dezember 2014.
  3. Thermo Scientific: Instructions NHS Sulfo-NHS. (PDF; 230 kB).
  4. Patent US2816111: Sulfonic acid derivatives. Angemeldet am 9. Februar 1954, veröffentlicht am 10. Dezember 1957, Anmelder: Farbenfabriken Bayer AG, Erfinder: R. Wegler, F. Grewe, K. Mehlhose.
  5.  G.W. Anderson, J.E. Zimmerman, F.M. Callahan: The use of esters of N-hydroxysuccinimide in peptide synthesis. In: J. Am. Chem. Soc.. 86, Nr. 9, 1964, S. 1839–1842, doi:10.1021/ja01063a037.
  6. Patent US5493031: N-Hydroxysuccinimide monohydrate. Angemeldet am 16. Juni 1994, veröffentlicht am 20. Februar 1996, Anmelder: PPG Industries, Inc., Erfinder: C. Govindan.
  7. M. A. Gauthier u. a.: Synthese funktioneller Polymere durch polymeranaloge Reaktionen. In: Angew Chem 121, 2009, S. 50–60, doi:10.1002/ange.200801951.
  8. E. Pedone u. a.: An information rich biomedical polymer library. In: J Mater Chem 13, 2003, S. 2825–2837. ISSN 0959–9428 doi:10.1039/B306857A.
  9. B. M. Trost u. a.: Ruthenium-katalysierte Reaktionen – eine Schatzkiste für atomökonomische Umwandlungen. In: Angew Chem 117, 2005, S. 6788–6825, doi:10.1002/ange.200500136.
  10. G. W. Anderson u. a.: N-Hydroxysuccinimide Esters in Peptide Synthesis. In: JACS 85, 1963, S. 3039, doi:10.1021/ja00902a047.
  11. H. Dannenberg: N-Hydroxy-succinimid, eine nicht krebserzeugende N-Hydroxy-Verbindung. In: Journal of Cancer Research and Clinical Oncology 76, 1971, S. 216–218, doi:10.1007/BF00303565.