Przejdź do zawartości

Grupy ochronne

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przykład ortogonalnie zabezpieczonego monomeru stosowanego w syntezie oligonukleotydów. Na niebiesko oznaczono kwasolabilną grupę dimetoksytrytylową (DMTr), na czerwono zasadolabilną grupę 2-cyjanoetylową (CE), na zielono grupę tert-butylodimetylosililową (TBDMS) usuwaną fluorkami

Grupy ochronne (również: blokujące, protekcyjne, zabezpieczające) – rodzaj ugrupowań chemicznych tymczasowo przyłączanych do wybranych grup funkcyjnych związku wielofunkcyjnego w celu zapobiegania ich dalszym przekształceniom w toku syntezy organicznej[1][2]. O przydatności danej grupy ochronnej decyduje spełnienie następujących warunków[1]:

  • jej wprowadzenie powinno zachodzić łatwo i z dużą wydajnością
  • reagenty służące do jej wprowadzania powinny być dostępne handlowo i tanie lub być łatwe do otrzymania
  • powinna być łatwa do scharakteryzowania chemicznego i nie prowadzić do komplikacji, takich jak wprowadzanie nowych centrów stereogenicznych
  • powinna być stabilna podczas chromatografii
  • musi być stabilna w jak największej ilości warunków chemicznych
  • jej usunięcie powinno zachodzić selektywnie, z dużą wydajnością, w ściśle określonych warunkach
  • produkty uboczne powstające w wyniku usunięcia grupy ochronnej powinny być łatwe do odseparowywania od pożądanego produktu oraz substratu

Wykorzystanie grupy ochronnej w toku syntezy dodaje przynajmniej dwa dodatkowe etapy do zaplanowanego ciągu syntetycznego – etap protekcji (zabezpieczania), w którym wybrane ugrupowanie jest dołączane do danej grupy funkcyjnej związku, blokując możliwość ulegania dalszym reakcjom, oraz etap deprotekcji (odbezpieczania), w którym grupa ochronna jest usuwana, przywracając daną grupę funkcyjną do pierwotnej postaci[3].

Rodzaje grup ochronnych

[edytuj | edytuj kod]

Grupy stosowane do protekcji alkoholi i fenoli

[edytuj | edytuj kod]

Najpopularniejsze metody zabezpieczania grup hydroksylowych wykorzystują ich przekształcenie w etery, acetale, ketale bądź estry[3].

Struktury wybranych grup ochronnych stosowanych do protekcji alkoholi

Wybrane przykłady grup ochronnych alkoholi:

Etery

  • eter metylowy (−Me) – jego stosowanie ogranicza się do ochrony grup fenolowych (Ar−OH); może zostać utworzony w wyniku np. reakcji Williamsona; do deprotekcji wymagane są stosunkowo drastyczne warunki, m.in. działanie BCl
    3    , BBr
    3    , AlCl
    3     lub silnymi kwasami protonowymi, np. HBr lub MeSO
    3    H    [4],
  • eter benzylowy (−Bn) – usuwany w wyniku hydrogenacji[3][5],
  • eter trytylowy (−CPh
    3    , Tr) oraz jego pochodne, np. dimetoksytrytylowy (DMT) – usuwany za pomocą kwasu[6]; często wykorzystywane w syntezie oligonukleotydów[7],
  • eter metoksymetylowy (−CH
    2    OCH
    3    , MOM) – grupa typu acetalu, usuwana w środowisku silnie kwasowym[8],
  • etery sililowe, np. trimetylosililowy (−SiMe
    3    , TMS) lub tert-butylodimetylosililowy (−SiMe
    2    tBu    , TBDMS, TBS) – usuwane selektywnie za pomocą anionu fluorkowego[3][9].

Estry

Estrowe grupy ochronne wprowadzane są w reakcji alkoholi z odpowiednimi chlorkami lub bezwodnikami kwasowymi. Usuwane są przez hydrolizę w środowisku zasadowym. Ich trwałość rośnie wraz z zawadą przestrzenną: Pv > Bz > Ac[10]. Przykłady:

  • grupa acetylowa (−C(O)CH
    3    , Ac) – poza warunkami zasadowymi można ją usunąć przez transestryfikację w warunkach kwasowych w obecności wody lub alkoholu[11],
  • grupa benzoilowa (−C(O)Ph, Bz)[12],
  • grupa piwaloilowa (−C(O)C(CH
    3    )
    3    , Piv, Pv) – ze względu na stosunkowo dużą trwałość w warunkach zasadowych do jej usuwania stosuje się również inne warunki, np. redukcję za pomocą (iBu)
    2    AlH    [13].

Grupy stosowane do protekcji amin

[edytuj | edytuj kod]
Struktury wybranych grup ochronnych stosowanych do protekcji amin

Wiele grup ochronnych alkoholi może być również wykorzystane do zabezpieczania grup aminowych, np. grupa acetylowa (Ac), benzylowa (Bn), benzoilowa (Bz)[3]. Pozostałe grupy ochronne amin:

  • grupa benzyloksykarbonylowa (Cbz, Z) – może być usuwana na trzy sposoby: (i) redukcja roztwarzanym metalem alkalicznym (np. Na/NH
    3    ), (ii) środowisko kwasowe lub (iii) hydrogenacja[14],
  • grupa tert-butyloksykarbonylowa (BOC) – często wykorzystywana w syntezie peptydów na fazie stałej (ang. solid phase peptide synthesis, SPPS); usuwana za pomocą mocnego kwasu[15],
  • grupa 9-fluorenylometoksykarbonylowa (Fmoc) – wykorzystywana w syntezie peptydów na fazie stałej; usuwana w warunkach bezwodnych za pomocą amin, np. piperydyny, morfoliny, amoniaku lub DBU, zwykle w rozpuszczalnikach polarnych, takich jak acetonitryl lub DMF[16],
  • grupy arylosulfonowe, np. fenylosulfonowa (PhSO
    2    ) lub tosylowa (Ts) – bardzo trwałe w większości warunków; usuwane przez redukcję roztwarzanym metalem alkalicznym[17],
  • grupa ftaloilowa (Phth) – do ochrony pierwszorzędowych amin poprzez utworzenie ftalimidu w reakcji z bezwodnikiem ftalowym; usuwana np. w warunkach zasadowych lub hydrazyną[18].

Grupy stosowane do protekcji kwasów karboksylowych

[edytuj | edytuj kod]

Zabezpieczanie grupy karboksylowej najczęściej odbywa się poprzez przekształcenie jej w grupę estrową, tworząc następujące ugrupowania[3]:

  • estry metylowe,
  • estry benzylowe,
  • estry tert-butylowe,
  • estry sililowe.

Protekcja pozostałych grup funkcyjnych

[edytuj | edytuj kod]

Grupy karbonylowe są najczęściej blokowane z utworzeniem acetali i ketali[3]. 1,2-Diole mogą zostać zabezpieczone poprzez utworzenie cyklicznego ketalu. Usunięcie takiego rodzaju protekcji zachodzi pod wpływem kwasu[19].

Grupa fosforanowa może być zabezpieczona za pomocą grupy 2-cyjanoetylowej, co jest często wykorzystywane w syntezie oligonukleotydów[7][20].

Ortogonalność grup ochronnych

[edytuj | edytuj kod]

Grupy protekcyjne, których usunięcie zachodzi w odmiennych warunkach (niezależnie od siebie), nazywa się ortogonalnymi grupami ochronnymi[21].

Przypisy

[edytuj | edytuj kod]
  1. ↑ a b Kocienski 2005 ↓, Death, Taxes, and Protecting Groups, s. 2.
  2. ↑ Michael Schelhaas, Herbert Waldmann, Protecting Group Strategies in Organic Synthesis, „Angewandte Chemie International Edition in English”, 35 (18), 1996, s. 2056–2083, DOI: 10.1002/anie.199620561 (ang.).
  3. ↑ a b c d e f g Jacek Skarżewski, Wprowadzenie do syntezy organicznej, Warszawa–Łódź: Wydawictwo Naukowe PWN, 1999, s. 114–128, ISBN 83-01-12948-4, OCLC 749296768.
  4. ↑ Kocienski 2005 ↓, Methyl Ethers, s. 230–237.
  5. ↑ Kocienski 2005 ↓, Benzyl Ethers (Bn), s. 241–257.
  6. ↑ Kocienski 2005 ↓, Trityl (Tr) Ethers, s. 269–275.
  7. ↑ a b Sudhir Agrawal (red.), Protocols for Oligonucleotides and Analogs, New Jersey: Humana Press, 1993 (seria Methods in Molecular Biology, t. 20), DOI: 10.1385/0896032817, ISBN 978-0-89603-281-1, OCLC 55638684 (ang.).
  8. ↑ Kocienski 2005 ↓, Methoxymethyl (MOM) Ethers, s. 286–295.
  9. ↑ Kocienski 2005 ↓, Protecting Groups Cleaved by Fluoride Ions, s. 7.
  10. ↑ Kocienski 2005 ↓, Acetate Esters (Ac), s. 323–325.
  11. ↑ Kocienski 2005 ↓, Acetate Esters (Ac), s. 325–330.
  12. ↑ Kocienski 2005 ↓, Benzoate Esters (Bz), s. 330–331.
  13. ↑ Kocienski 2005 ↓, Pivalate Esters (Pv), s. 331–333.
  14. ↑ Kocienski 2005 ↓, Benzyloxycarbonyl (Z or Cbz), s. 512–524.
  15. ↑ Kocienski 2005 ↓, tert-Butoxycarbonyl (Boc), s. 505–512.
  16. ↑ Kocienski 2005 ↓, 9-Fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc), s. 528–534.
  17. ↑ Kocienski 2005 ↓, Arylsulfonyl Derivatives, s. 543–554.
  18. ↑ Kocienski 2005 ↓, Phthaloyl (Phth) and Tetrachlorophthaloyl (TCP), s. 488–495.
  19. ↑ Kocienski 2005 ↓, Acetals, s. 120–160.
  20. ↑ Álvaro Somoza, Protecting groups for RNA synthesis: an increasing need for selective preparative methods, „Chemical Society Reviews”, 37 (12), 2008, s. 2668, DOI: 10.1039/b809851d (ang.).
  21. ↑ Protective Groups [online], Organic Chemistry Portal [dostęp 2022-05-09] (ang.).

Bibliografia

[edytuj | edytuj kod]
Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Grupy_ochronne&oldid=70483812”