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[1.1][2]. O przydatności danej grupy ochronnej decyduje spełnienie następujących warunków[1.1]:

  • 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 BCl3, BBr3, AlCl3 lub silnymi kwasami protonowymi, np. HBr lub MeSO3H[1.2],
  • eter benzylowy (−Bn) – usuwany w wyniku hydrogenacji[3][1.3],
  • eter trytylowy (−CPh3, Tr) oraz jego pochodne, np. dimetoksytrytylowy (DMT) – usuwany za pomocą kwasu[1.4]; często wykorzystywane w syntezie oligonukleotydów[4],
  • eter metoksymetylowy (−CH2OCH3, MOM) – grupa typu acetalu, usuwana w środowisku silnie kwasowym[1.5],
  • etery sililowe, np. trimetylosililowy (−SiMe3, TMS) lub tert-butylodimetylosililowy (−SiMe2t-Bu, TBDMS, TBS) – usuwane selektywnie za pomocą anionu fluorkowego[3][1.6].

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[1.7]. Przykłady:

  • grupa acetylowa (−C(O)CH3, Ac) – poza warunkami zasadowymi można ją usunąć przez transestryfikację w warunkach kwasowych w obecności wody lub alkoholu[1.8],
  • grupa benzoilowa (−C(O)Ph, Bz)[1.9],
  • grupa piwaloilowa (−C(O)C(CH3)3, Piv, Pv) – ze względu na stosunkowo dużą trwałość w warunkach zasadowych do jej usuwania stosuje się również inne warunki, np. redukcję za pomocą (i-Bu)2AlH[1.10].

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/NH3),
    (ii) środowisko kwasowe,
    (iii) hydrogenacja[1.11],
  • grupa tert-butyloksykarbonylowa (BOC) – często wykorzystywana w syntezie peptydów na fazie stałej (ang. solid phase peptide synthesis, SPPS); usuwana za pomocą mocnego kwasu[1.12],
  • 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[1.13],
  • grupy arylosulfonowe, np. fenylosulfonowa (PhSO2) lub tosylowa (Ts) – bardzo trwałe w większości warunków; usuwane przez redukcję roztwarzanym metalem alkalicznym[1.14],
  • grupa ftaloilowa (Phth) – do ochrony pierwszorzędowych amin poprzez utworzenie ftalimidu w reakcji z bezwodnikiem ftalowym; usuwana np. w warunkach zasadowych lub hydrazyną[1.15].

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[1.16].

Grupa fosforanowa może być zabezpieczona za pomocą grupy 2-cyjanoetylowej, co jest często wykorzystywane w syntezie oligonukleotydów[4][5].

Ortogonalność grup ochronnych

[edytuj | edytuj kod]

Grupy protekcyjne, których usunięcie zachodzi w odmiennych warunkach (niezależnie od siebie), nazywa się ortogonalnymi grupami ochronnymi[6].

Przypisy

[edytuj | edytuj kod]
  1. Philip J. Kocienski, Protecting Groups, wyd. 3, Stuttgart–New York: Georg Thieme Verlag, 2005, ISBN 978-3-13-184173-5 (ang.).
    1. 1 2 Death, Taxes, and Protecting Groups, s. 2.
    2. ↑ Methyl Ethers, s. 230–237.
    3. ↑ Benzyl Ethers (Bn), s. 241–257.
    4. ↑ Trityl (Tr) Ethers, s. 269–275.
    5. ↑ Methoxymethyl (MOM) Ethers, s. 286–295.
    6. ↑ Protecting Groups Cleaved by Fluoride Ions, s. 7.
    7. ↑ Acetate Esters (Ac), s. 323–325.
    8. ↑ Acetate Esters (Ac), s. 325–330.
    9. ↑ Benzoate Esters (Bz), s. 330–331.
    10. ↑ Pivalate Esters (Pv), s. 331–333.
    11. ↑ Benzyloxycarbonyl (Z or Cbz), s. 512–524.
    12. ↑ tert-Butoxycarbonyl (Boc), s. 505–512.
    13. ↑ 9-Fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc), s. 528–534.
    14. ↑ Arylsulfonyl Derivatives, s. 543–554.
    15. ↑ Phthaloyl (Phth) and Tetrachlorophthaloyl (TCP), s. 488–495.
    16. ↑ Acetals, s. 120–160.
  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. 1 2 3 4 5 6 7 Jacek Skarżewski, Wprowadzenie do syntezy organicznej, Warszawa–Łódź: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1999, s. 114–128, ISBN 83-01-12948-4, OCLC 749296768.
  4. 1 2 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.).
  5. ↑ 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.).
  6. ↑ Protective Groups, [w:] Organic Chemistry Portal [online] [dostęp 2022-05-09] (ang.).
Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Grupy_ochronne&oldid=80146995”