N,N′-Bis(trimethylsilyl)ureum

N,N′-Bis(trimethylsilyl)ureum
Structuurformule en molecuulmodel
	Structuurformule van N,N′-Bis(trimethylsilyl)ureum
Algemeen
Molecuulformule	of;
Andere namen	BSU
Molmassa	204,42 g/mol
CAS-nummer	18297-63-7
PubChem	87562
Wikidata	Q58003895
Beschrijving	kleurloze, kristallijne vaste stof of; Kleurloze kristallen naaldjes.
Waarschuwingen en veiligheidsmaatregelen
Waarschuwing
H-zinnen	H315 - H319 - H335
EUH-zinnen	geen
P-zinnen	P261 - P280 - P305+P351+P338 - P304+P340 - P405 - P501
EG-Index-nummer	242-177-9
Fysische eigenschappen
Aggregatietoestand	vast
Smeltpunt	► 212–216 °C; ► 219–221 °C; ► 232 °C(ontleed)
Zelfontbrandings- temperatuur	370 °C
Oplosbaarheid in water	Ontleed
Goed oplosbaar in	Methanol, Ethanol, Di-ethylether
Matig oplosbaar in	Dichloormethaan, DMSO, Di-ethylether, en Aceton
Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar).
Portaal	Scheikunde

N,N′-Bis(trimethylsilyl)ureum (BSU) is een ureum-derivaat waarbij in beide NH₂-groepen een waterstof-atoom vervangen is door een trimethylsilylgroep. BSU heeft als silyleringsreagens voor alcoholen en carbonzuren het voordeel dat er geen basische of zure katalysator nodig is. Bovendien is het nevenproduct, ureum, zeer slecht oplosbaar in organische oplosmiddelen als dichloormethaan. Het is daardoor makkelijk met behulp van filtratie uit het reactiemengsel te verwijderen.^[4]^[6]

Synthese

De synthese van BSU is voor het eerst beschreven in 1963 door de werkgroep rond Ulrich Wannagat.^[2] Bij het verwarmen van ureum in een overmaat hexamethyldisilazaan wordt BSU in een ruwe opbrengst van 98 % gevormd. Helaas is het product verontreinigd met sporen trimethylsilylisocyanaat ${\ce {( \ (CH3)3Si-N=C=O \ )}}$ en hexamethyldisiloxaan ${\ce {( \ ((CH3)3Si)2O \ )}}$ . Zelfs na sublimeren is het op deze wijze verkregen BSU niet echt bruikbaar als silyleringsreagens.^[7]

De reactie van ureum met hexamethyldisilazaan in aanwezigheid van (vluchtige) zure katalysatoren, bijvoorbeeld ammoniumchloride, azijnzuur of waterstofchloride geeft ook op industriële schaal zuivere stof in 98 % opbrengst met een silylerings-aktiviteit van practisch 100 %.^[7]

Synthese van N,N′-bis(trimethylsilyl)ureum op basis v an ureum en hexamethylsilazaan

Eigenschappen

N,N′-Bis(trimethylsilyl)ureum is een kleurloze, kristallijne vaste stof die goed oplosbaar is in een groot aantal organische oplosmiddelen. In en met water (vocht in de lucht) reageert het onder vorming van ureum en hexamethyldisiloxaan.^[8] De stof moet daarom bewaard worden met uitsluiting van vocht en in een inerte atmosfeer. De sterk wisselende smeltpunten die voor de stof gevonden worden zijn terug te voeren op verontreinigingen, wat zich ook uit in slechte silyleringsresultaten. Vacuumsublimatie van verontreinigd BSU levert tegen grote inspanning slechts een iets zuiverder product op.^[7]

Toepassingen

De sylilering is een evenwichtsreactie waarbij een waterstof-atoom aan een heteroatoom vervangen wordt door een trimethylsilylgroep:

{\ce {(CH3)3Si-Y\ +\ R-X-H\ ->\ R-X-Si(CH3)3\ +\ H-Y}}

Het feit dat dit een evenwichtsreactie is, betekent dat alleen goede opbrengsten verkregen worden als een van de producten uit het reactiemengsel verwijderd wordt. In het geval van BSU is dit ureum. De slechte oplosbaarheid van ureum in veel gebruikte oplosiddelen voor deze reactie laat die stof neerslaan waardoor de reactie aflopend wordt. alcoholen, fenolen en carbonzutren laten zich daarom met BSU goed (opbrengsten boven de 90%) silyleren.^[6]^[8]

Silyliering van OH-Groepen met BSU

Een bijzonder geval van silyering word gevormd door de reactie van BSU met ureum-waterstofperoxide, een goed hanteerbare vaste vorm van waterstofperoxide, tot bis(trimethylsilyl)peroxide:^[9]

Synthese von Bis(trimethylsilyl)peroxid BTSP

De reactie verloopt in dichloormethaan waarin het bijproduct (twee maal ureum) neerslaat. He vloeibare product wordt in een opbrengst van 86% na destilatie geïsoleerd.

Polair aprotisch oplosmiddelen zoals Acetonitril, DMF of Pyridine, waarin ook polyhydroxyverbindingen zoals glucose en glycosides (methyl-α-D-glucopyranoside) oplosbaar zijn, zijn belangrijk in de silyleringsreactie, evenals de aanwezigheid van een kleine hoeveelheid tetra-n-butylammoniumfluoride (TBAF), een desilyleringsreagens, dat als initiator werkt.^[10]^[11]

Silyliering (= bescherming) van α-Methyl-glucoside met BSU en de verwijdering van de beschermende trimethylsilylgroep met kaliumcarbonaat. R = -Si(CH₃)₃

Om de reactiviteit van silyleringsreagentia te verhogen worden ook vaak combinaties van reagentia ingezet, bij voorbeeld hexamethyldisilazaan + trimethylchloorsilaan. Als alternatief voor combinaties kunnen ook hoog-reactieve silylreagentia ingezet worden: trimethylsilyltriflaat ${\ce {( \ (CH3)3SiOS(O2)CF3 \ )}}$ of trimethylsilylfluorsulfonaat ${\ce {( \ (CH3)3SiOS(O2)F \ )}}$ worden ingezet. Deze krachtige silyleringsmiddelen hoeven niet als zodanig aan het reactiemengsel te worden toegevoegd: een katalytische hoeveelheid van het superzuur trifluormethaansulfonzuur^[12] of fluorsulfonzuur^[13] volstaat naast BSU als leverancier van de silylgroepen waarbij het triflaat of fluorsulfonaat in situ gevormd worden:

Synthese van TMS-Superzuren met BSU

Met deze methode worden hoge opbrengsten gerealiseerd met het veel gunstiger geprijsde BSU dan met (duur) zuiver trimethylsilyltriflaat of fluorsulfonaat. Met het in situ gevormde ${\ce {(CH3)3SiOS(O)2F}}$ worden vrijwel kwantitatieve opbrengsten verkregen bij de reductie van benzaldehydedimethylacetaal met tri-ethylsilaan:

Reduktie van Benzaldehyde-dimethylacetal met BSU

De acetaalvorming van 4-methylcyclohexanon met 1,2-Bis(trimethylsilyloxy)ethaan (de gesilyleerde vorm van glycol) verloopt ook eenvoudig onder invloed van BSU:

Acetaalvorming van 4-methyl-cyclohexanon met BSU

Primaire amines geven met BSU de overeenkomstige N-trimethylsilylamines, die met Styreenoxide in goede opbrengsten (64–84 %) om te zetten zijn in 1-fenylethanolaminen.^[14]

Vorming van 1-fenylethanolamines met BSU

De wat gewicht betreft belangrijkste toepassing van N,N′-Bis(trimethylsilyl)ureum lag in het verleden in de omzetting van penicilline G in cefalosporine G waarbij de 5-ring in de uitgangsstof omgezet wordt in een 6-ring.^[15]


Penicilline G	Cephalosporine G. R¹ = ${\ce {C6H5CH2}}$ , R² = ${\ce {CH3}}$

Hoewel de eerste twee reacties van deze meerstaps-omzetting industrieel geoptimaliseerd konden worden tot respectievelijk 92,4% en 94% bij een zuiverheid na twee stappen van 98%,^[16] hebben efficiëntere en vooral milieuvriendelijkere enzymatische reacties deze toepassing van BSU vooral van historisch belang gemaakt.

Bronnen, noten en/of referenties

Dit artikel of een eerdere versie ervan is een (gedeeltelijke) vertaling van het artikel N,N′-Bis(trimethylsilyl)harnstoff op de Duitstalige Wikipedia, dat onder de licentie Creative Commons Naamsvermelding/Gelijk delen valt. Zie de bewerkingsgeschiedenis aldaar.

Algemene achtergrond

(en) . Silylating Agents Fluka Chemie AG sigmaaldrich.com: Silylating Agents geraadpleegd op 2018-07-20

Verwijzingen in de tekst

↑ ^a ^b SDS in de Online catalogus van Sigma Aldrich voor N,N'-Bis-(trimethylsilyl)-harnstoff, geraadpleegd op 7 juli 2024.
↑ ^a ^b ^c U. Wannagat, H. Bürger, C. Krüger, J. Pump. (1963). Beiträge zur Chemie der Silicium-Stickstoff-Verbindungen. XII Einige Silicium-Harnstoff-Verbindungen Z. Anorg. Allg. Chem.. 321 (3–4): pag.: 208–216 DOI:10.1002/zaac.19633210313
↑ ^a ^b ^c ^d N,N'-Bis(trimethylsilyl)urea op https://www.thermofisher.com, geraadpleegd op 7 juli 2024
↑ ^a ^b ^c ^d J. Wisniewski Grissom. (2001). N,N'-Bis(trimethylsilyl)urea e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. DOI:10.1002/047084289X.rb223
↑ ^a ^b Daniel R. Knapp. (1979). Handbook of Analytical Derivatization Reactions pag.: 35 John Wiley & Sons (New York, NY, U.S.A.) ISBN 0-471-03469-X
↑ ^a ^b W. Verboom, G.W. Visser, D.N. Reinhoudt. (1981). N,N‘-Bis[trimethylsilyl]-urea: A useful silylating agent for alcohols and carboxylic acids Synthesis. 10 pag.: 807–809 DOI:10.1055/s-1981-29605
↑ ^a ^b ^c Duits patent 2553932A1; H.-J. Kötzsch, H.-J. Vahlensieck. Verfahren zur Herstellung von N,N‘-Bis-trimethylsilylharnstoff . Het patent staat op naam van: Dynamit Nobel AG. Het patent is ingediend op 1975-12-01 en gepubliceerd op 1977-06-02.. Patentinformatie via Google , bezocht op 8 juli 2024
↑ ^a ^b M.T. El Gihani, H. Heaney. (1998). The use of bis[trimethylsilyl]acetamide and bis[trimethylsilyl]urea for protection and as control reagents in synthesis Synthesis. 4 pag.: 357–375 DOI:10.1055/s-1998-2043
↑ W.P. Jackson. (1990). A simple preparation of bis(trimethylsilyl)peroxide Synlett. 9 pag.: 536–536 DOI:10.1055/s-1990-21157
↑ D.A. Johnson. (1992). Simple procedure for the preparation of trimethylsilyl ethers of carbohydrates and alcohols Carbohyd. Res.. 237 pag.: 313–318 DOI:10.1016/S0008-6215(92)84254-P
↑ Y. Tanabe, M. Murakami, K. Kitaichi, Y. Yoshida. (1994). Mild, effective and selective method for the silylation of alcohols using silazanes promoted by catalytic tetrabutylammonium fluoride Tetrahedron Lett.. 35 (45): pag.: 8409–8412 DOI:10.1016/S0040-4039(00)74419-4
↑ M. El Gihani, H. Heaney. (1993). The use of bis-trimethylsilyl-acetamide and -urea in trimethylsilyl trifluoromethanesulfonate catalysed reactions Synlett. 6 pag.: 433–434 DOI:10.1055/s-1993-22485
↑ M. El Gihani, H. Heaney. (1993). A convenient alternative route to trimethylsilylfluorosulfonate for use in catalytic reactions Synlett. 8 pag.: 583–584 DOI:10.1055/s-1993-22538
↑ R.K. Atkins, J. Frazier, L.L. Moore, L.O. Weigel. (1986). Alkylation of N-trimethylsilylated primary amines with arylethylene oxides. An efficient synthesis of 1-phenethanolamines Tetrahedron Lett.. 27 (22): pag.: 2451–2454 DOI:10.1016/S0040-4039(00)84553-0
↑ . (2001). Synthesis of β-Lactam Antibiotics: Chemistry, Biocatalysis & Process Integration pag.: 15 Springer Science+Business Media (Dordrecht) ISBN 978-94-010-3851-5
↑ P. Salehpour, R. Yegani, R. Hajmohammadi. (2012). Determination of optimal operation conditions for production of Cephalosporin G from Penicillin G potassium Org. Process Res. Dev.. 16 (9): pag.: 1507–1512 DOI:10.1021/op300076q

[Sigma-1] SDS in de Online catalogus van Sigma Aldrich voor N,N'-Bis-(trimethylsilyl)-harnstoff, geraadpleegd op 7 juli 2024.

[Wannagat-2] U. Wannagat, H. Bürger, C. Krüger, J. Pump. (1963). Beiträge zur Chemie der Silicium-Stickstoff-Verbindungen. XII Einige Silicium-Harnstoff-Verbindungen Z. Anorg. Allg. Chem.. 321 (3–4): pag.: 208–216 DOI:10.1002/zaac.19633210313

[Alfa-3] N,N'-Bis(trimethylsilyl)urea op https://www.thermofisher.com, geraadpleegd op 7 juli 2024

[e-EROS-4] J. Wisniewski Grissom. (2001). N,N'-Bis(trimethylsilyl)urea e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. DOI:10.1002/047084289X.rb223

[Knapp-5] Daniel R. Knapp. (1979). Handbook of Analytical Derivatization Reactions pag.: 35 John Wiley & Sons (New York, NY, U.S.A.) ISBN 0-471-03469-X

[Verboom-6] W. Verboom, G.W. Visser, D.N. Reinhoudt. (1981). N,N‘-Bis[trimethylsilyl]-urea: A useful silylating agent for alcohols and carboxylic acids Synthesis. 10 pag.: 807–809 DOI:10.1055/s-1981-29605

[Kötzsch-7] Duits patent 2553932A1; H.-J. Kötzsch, H.-J. Vahlensieck. Verfahren zur Herstellung von N,N‘-Bis-trimethylsilylharnstoff . Het patent staat op naam van: Dynamit Nobel AG. Het patent is ingediend op 1975-12-01 en gepubliceerd op 1977-06-02.. Patentinformatie via Google , bezocht op 8 juli 2024

[El_Gihani-8] M.T. El Gihani, H. Heaney. (1998). The use of bis[trimethylsilyl]acetamide and bis[trimethylsilyl]urea for protection and as control reagents in synthesis Synthesis. 4 pag.: 357–375 DOI:10.1055/s-1998-2043

[9] W.P. Jackson. (1990). A simple preparation of bis(trimethylsilyl)peroxide Synlett. 9 pag.: 536–536 DOI:10.1055/s-1990-21157

[10] D.A. Johnson. (1992). Simple procedure for the preparation of trimethylsilyl ethers of carbohydrates and alcohols Carbohyd. Res.. 237 pag.: 313–318 DOI:10.1016/S0008-6215(92)84254-P

[11] Y. Tanabe, M. Murakami, K. Kitaichi, Y. Yoshida. (1994). Mild, effective and selective method for the silylation of alcohols using silazanes promoted by catalytic tetrabutylammonium fluoride Tetrahedron Lett.. 35 (45): pag.: 8409–8412 DOI:10.1016/S0040-4039(00)74419-4

[12] M. El Gihani, H. Heaney. (1993). The use of bis-trimethylsilyl-acetamide and -urea in trimethylsilyl trifluoromethanesulfonate catalysed reactions Synlett. 6 pag.: 433–434 DOI:10.1055/s-1993-22485

[13] M. El Gihani, H. Heaney. (1993). A convenient alternative route to trimethylsilylfluorosulfonate for use in catalytic reactions Synlett. 8 pag.: 583–584 DOI:10.1055/s-1993-22538

[14] R.K. Atkins, J. Frazier, L.L. Moore, L.O. Weigel. (1986). Alkylation of N-trimethylsilylated primary amines with arylethylene oxides. An efficient synthesis of 1-phenethanolamines Tetrahedron Lett.. 27 (22): pag.: 2451–2454 DOI:10.1016/S0040-4039(00)84553-0

[15] . (2001). Synthesis of β-Lactam Antibiotics: Chemistry, Biocatalysis & Process Integration pag.: 15 Springer Science+Business Media (Dordrecht) ISBN 978-94-010-3851-5

[16] P. Salehpour, R. Yegani, R. Hajmohammadi. (2012). Determination of optimal operation conditions for production of Cephalosporin G from Penicillin G potassium Org. Process Res. Dev.. 16 (9): pag.: 1507–1512 DOI:10.1021/op300076q

[4]

[6]

[1]

[2]

[3]

[5]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]