Hydroxyiminocyanessigsäureethylester

Strukturformel
Strukturformel von Hydroxyiminocyanessigsäureethylester
Strukturformel des (E)-Isomers
Allgemeines
Name	Hydroxyiminocyanessigsäureethylester
Andere Namen	Ethyl-2-cyano-2-(hydroxyimino)acetat Ethylisonitrosocyanoacetat Ethylcyanoglyoxylat-2-oxim Oxyma Oxyma Pure
Summenformel	C5H6N3O3
Kurzbeschreibung	grauweißer bis weißer<ref name="e-EROS">F. Albericio, R. Subirós-Funosas: Ethyl 2-Cyano-2-(hydroxyimino)acetate. In: e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. 2012, doi:10.1002/047084289X.rn01377. </ref> oder beiger kristalliner<ref name="Sigma" /> Feststoff
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer Vorlage:CASRN EG-Nummer 223-351-3 ECHA-InfoCard 100.021.230 PubChem 6399475 ChemSpider 4912090 DrugBank Wikidata [[:d:|]]
Eigenschaften
Molare Masse	142,11 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Schmelzpunkt	127–133 °C<ref name="Alfa">Datenblatt Ethyl isonitrosocyanoacetate 97% bei Alfa AesarVorlage:Abrufdatum (Seite nicht mehr abrufbar).</ref><ref name="e-EROS" /><ref name="Sigma">Datenblatt Hydroxyimino-cyanessigsäure-ethylester bei Sigma-AldrichVorlage:Abrufdatum (PDF).</ref><ref name="TCI">Eintrag zu Ethyl cyano(hydroxyimino)acetate bei TCI EuropeVorlage:Abrufdatum</ref>
pKS-Wert	4,60<ref name="Itoh">M. Itoh: Peptides. IV. Racemization suppression by the use of ethyl 2-hydroxyimino-2-cyanoacetate and its amide. In: Bull. Chem. Soc. Jpn. Band 46, 1973, S. 2219–2221, doi:10.1246/bcsj.46.2219. </ref>
Löslichkeit	löslich in Dimethylformamid, N-Methylpyrrolidon, Acetonitril, Dichlormethan und Wasser<ref name="e-EROS" />, sowie in Methanol und Dimethylsulfoxid<ref>Vorlage:LGC Standards</ref>
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung<ref name="Alfa" /> Achtung H- und P-Sätze H: 302 P: 264​‐​270​‐​301+312​‐​330​‐​501<ref name="Alfa" />
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Hydroxyiminocyanessigsäureethylester (Oxyma) ist das Oxim des Cyanessigsäureethylesters und findet Verwendung als Additiv für Carbodiimide, wie z. B. Dicyclohexylcarbodiimid (DCC) bei der Peptidsynthese. Dabei fungiert es aufgrund seiner ausgeprägten Acidität (pK_S 4,60) als Neutralisierungsreagens für die Basizität bzw. Nukleophilie des DCC und unterdrückt baseninduzierte Nebenreaktionen, insbesondere die Racemisierung.<ref name="Albericio">R. Subirós-Funosas, R. Prohens, R. Barbas, A. El-Faham, F. Albericio: Oxyma: An efficient additive for peptide synthesis to replace the benzotriazole-based HOBt and HOAt with a lower risk of explosion. In: Chem. Eur. J. Band 15, Nr. 37, 2009, S. 9394–9403, doi:10.1002/chem.200900614. </ref> Strukturell eng verwandt ist das Cyanooximacetamid.

Vorkommen und Darstellung

Ethyl-2-cyano-2-(hydroxyimino)acetat wird bei der Reaktion von Cyanessigsäureethylester und Salpetriger Säure (aus Natriumnitrit und Essigsäure) in 87%iger Ausbeute erhalten.<ref name="Conrad">M. Conrad, A. Schulze: Über Nitroso-cyanessigsäure-Derivate. In: Chem. Ber. Band 42, Nr. 1, 1909, S. 735–742, doi:10.1002/cber.190904201117. </ref>

Synthese von Hydroxyiminocyanessigsäureethylester

Synthese von Hydroxyiminocyanessigsäureethylester

Wegen der Hydrolyseneigung des Esters sollte die Reaktion bei pH 4,5 durchgeführt werden, wobei das Produkt in gepufferter Phosphorsäure in praktisch quantitativer Ausbeute anfällt.<ref name="e-EROS" />

Die Verbindung kann durch Umkristallisieren aus Ethanol<ref name="e-EROS" /> oder Ethylacetat<ref>Patent EP0460446B1: Ein neues Kupplungsreagenz für die Peptidsynthese. Angemeldet am 21. Mai 1991, veröffentlicht am 7. April 1993, Anmelder: Hoechst Aktiengesellschaft, Erfinder: Gerhard Breipohl, Wolfgang König.‌</ref> gereinigt werden.

Im Vergleich zu den als Peptidverknüpfungsreagentien weit verbreiteten und als explosionsgefährlich geltenden Benzotriazol-Derivaten 1-Hydroxybenzotriazol (HOBt) und 1-Hydroxy-7-azabenzotriazol (HOAt) zeigt Hydroxyiminocyanessigsäure-ethylester eine wesentlich verlangsamte thermische Zersetzung beim Erhitzen.<ref name="Albericio" />

Eigenschaften

Ethyl-2-cyano-2-(hydroxyimino)acetat ist ein weißer Feststoff, der in vielen, bei der Synthese von Peptiden üblichen, Lösungsmitteln, wie z. B. Dichlormethan (DCM) oder Dimethylformamid (DMF), löslich ist. Die Verbindung zersetzt sich oberhalb des Schmelzpunktes bei 128 °C stark exotherm mit einer Zersetzungswärme von −979 J·g⁻¹ bzw. −139,1 kJ·mol⁻¹.<ref name="Frontera">Barbas, R.; de Sande, D.; Font-Bardia, M.; Prohens, R.; Frontera, A.: Revision of the Crystal Structure of the Orthorhombic Polymorph of Oxyma: On the Importance of π–Hole Interactions and Their Interplay with H–Bonds in Crystals 12 (2022) 823, doi:10.3390/cryst12060823, open access.</ref>

Als kristalline Substanz liegt die Verbindung als Oxim vor, während sie in anionischer Form als Salz oder in stark basischer Lösung überwiegend als tautomeres Nitrosoisomer existiert.<ref name="Aldrichimica" /> Es sind zwei polymorphe Formen bekannt. Das Polymorph I kristallisiert in einem orthorhombischen Kristallgitter mit der Raumgruppe Pnma (Raumgruppen-Nr. 62)Vorlage:Raumgruppe/62 mit den Gitterparametern a = 7,997 Å; b = 6,512 Å und c = 13,622 Å sowie vier Formeleinheiten pro Elementarzelle. Das Polymorph II kristallisiert in einem monoklinem Kristallgitter mit der Raumgruppe P2₁/c (Raumgruppen-Nr. 14)Vorlage:Raumgruppe/14 mit den Gitterparametern a = 6,336 Å; b = 13,549 Å, c = 7,938 Å und β = 94,42 ° sowie vier Formeleinheiten pro Elementarzelle.<ref name="Frontera" /><ref>Rafael Barbas, Dafne de Sande, Mercè Font-Bardia, Rafel Prohens, Antonio Frontera: Revision of the Crystal Structure of the Orthorhombic Polymorph of Oxyma: On the Importance of π–Hole Interactions and Their Interplay with H–Bonds. In: Crystals. Band 12, Nr. 6, 10. Juni 2022, S. 823, Supplementary Material (Table S3), doi:10.3390/cryst12060823. </ref>

Anwendungen

Aufgrund der einfachen präparativen Zugänglichkeit, des unkritischen Verhaltens bei Temperaturen unterhalb 80 °C und insbesondere wegen der hohen Ausbeuten und der geringen Racemisierung der erhaltenen Peptide hat Hydroxyiminocyanessigsäureethylester inzwischen eine weitere Verbreitung als Additiv bei Peptidsynthesen gefunden.<ref name="Albericio" /><ref name="Aldrichimica">R. Subirós-Funosas, S.N. Khattab, L. Nieto-Rodriguez, A. El-Faham, F. Albericio: Advances in acylation methodologies enabled by Oxyma-based reagents. In: Aldrichimica Acta. Band 46, Nr. 1, 2013, S. 21–41 (ub.edu [PDF]). </ref><ref>Coupling Reagents Bachem. (PDF; 1,9 MB) In: bachem.com. Global Marketing, Bachem Group, 2015, abgerufen am 10. Oktober 2016 (). </ref>

Hydroxyiminocyanessigsäureethylester kann als Kupplungsadditiv bei der konventionellen Peptidverknüpfung in Lösung wie bei der automatisierten Merrifield-Synthese an einem festen Trägerharz (engl. solid-phase peptide synthesis (SPPS)) zusammen mit Kopplungsreagenzien wie Carbodiimiden, z. B. Dicyclohexylcarbodiimid (DCC), Diisopropylcarbodiimid (DIC)<ref>A. El-Faham, Z. Al Marhoon, A. Abdel-Megeed, F. Albericio: OxymaPure/DIC: An Efficient Reagent for the Synthesis of a Novel Series of 4-[2-(2-Acetylaminophenyl)-2-oxo-acetylamino] Benzoyl Amino Acid Ester Derivatives. In: Molecules. Band 18, 2013, S. 14747–14759, doi:10.3390/molecules181214747. </ref> oder auch dem wasserlöslichen 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimid-Hydrochlorid (EDCI), eingesetzt werden.<ref name="OrgSynth">R. Subirós-Funosas, A. El-Faham, F. Albericio: Low-epimerization Peptide Bond Formation with Oxyma Pure: Preparation of Z-L-Phg-Val-OMe In: Organic Syntheses. 90, 2013, S. 306–315, doi:10.15227/orgsyn.090.0306 (PDF).</ref>

Dipeptidsynthese mit Oxyma

Dipeptidsynthese mit Oxyma

So liefert die stufenweise Flüssigphasensynthese des Dipeptids Z-L-Phg-L-Val-OMe aus mit der Benzyloxycarbonyl-Gruppe (Z-Gruppe) N-geschütztem Z-L-α-Phenylglycin und L-Valinmethylester mit dem Kupplungsreagenz DIC und dem Additiv Hydroxyiminocyanessigsäureethylester eine Produktausbeute (LL-Dipeptid) von 81–84 %, das frei ist von racemischem DL-Dipeptid.<ref name="OrgSynth" />

In jüngerer Zeit ist eine Vielzahl von Derivaten des Hydroxyiminocyanessigsäureethylesters (Oxyma) als Acylierungs-reagentien<ref>A. El-Faham, F. Albericio: Peptide coupling reagents, more than a letter soup. In: Chem. Rev. Band 111, Nr. 11, 2011, S. 6557–6602, doi:10.1021/cr.100048w. </ref> entwickelt worden, wie z. B. Fmoc-Oxyma zur Übertragung der Fluorenylmethoxycarbonyl-Schutzgruppe<ref>S.N. Khattab, R. Subirós-Funosas, A. El-Faham, F. Albericio: Oxime Carbonates: Novel Reagents for the Introduction of Fmoc and Alloc Protecting Groups, Free of Side Reactions. In: Eur. J. Org. Chem. Band 17, 2010, S. 3275–3280, doi:10.1002/ejoc.201000028. </ref>

Fmoc-Oxyma-Synthese

Fmoc-Oxyma-Synthese

oder dem als Dimethylmorpholin-uroniumsalz gut löslichen Kopplungsreagenz COMU, das wie Oxyma bezüglich Unterdrückung der Racemisierung und Acylierungseffizienz dem Standardadditiv HOBt überlegen und mit HOAt vergleichbar ist, ohne ein Explosionsrisiko wie die Benzotriazole darzustellen.<ref name="Aldrichimica" />

Selbst für die Verknüpfung von geschützten Aminosäuren zu Oligopeptiden in Wasser ist mit wasserlöslichen Derivaten des Hydroxyiminocyanessigsäureethylesters (Glyceroacetonid-Oxyma) als Additiv und DIC als Kopplungsreagenz in schwach basischer wässriger Lösung mit den Modellsubstanzen Z-L-Phg-OH und L-H-Pro-NH₂

Dipeptidsynthese mit Glyceroacetonid-Oxyma

Dipeptidsynthese mit Glyceroacetonid-Oxyma

mit einer chemischen Ausbeute von 95 % und einem Diastereomerenüberschuss von > 99 % möglich.<ref>Q. Wang, Y. Wang, M. Kurosu: A new Oxyma derivative for nonracemizable amide-forming reactions in water. In: Org. Lett. Band 14, Nr. 13, 2012, S. 3375–3375, doi:10.1021/o3013556. </ref>

Bei der Kopplung von Aminosäuren häufig auftretende Nebenreaktionen, wie z. B. Bildung symmetrischer Säureanhydride, Racemisierung und Epimerisierung oder Cyclisierung zu Oxazolinonen oder – insbesondere von Dipeptiden – zu 2,5-Diketopiperazinen, werden durch das Kopplungsadditiv Ethyl-2-cyano-2-(hydroxyimino)acetat weitgehend unterdrückt.

Einzelnachweise

<references />