Einführung und Entfernung von Alkylschutzgruppen mehrerer häufiger Aminogruppen

Die Alkoxycarbonyl-Schutzgruppe ist die am häufigsten verwendete Art von Amino-Schutzgruppe. Dieser Artikel stellt kurz die Schutz- und Entschützungsmethoden der folgenden gängigen Alkoxycarbonyl-Amino-Schutzgruppen vor. Zu diesen gängigen Schutzgruppen gehören: Benzyloxycarbonyl (Cbz), tert-Butoxycarbonyl (Boc), Methoxycarbonyl (Fmoc), Allyloxycarbonyl (Alloc), Trimethylsilylethoxycarbonyl (Teoc), 2,2,2-Trichlorethoxycarbonyl (Troc).

1. Benzyloxycarbonyl (Cbz)-Schutzgruppe

1.1 Einführung von Benzyloxycarbonyl (Cbz)

N-Benzyloxycarbonylaminoverbindungen können unter basischen Bedingungen wie Triethylamin, Pyridin und Natriumbicarbonat leicht mit Cbz-Cl oder Cbz-OSu und freien Aminogruppen reagieren. Die Reaktivität von Cbz-Cl ist höher als die von Cbz-OSu, und die Reaktion wird üblicherweise in aprotischen organischen Lösungsmitteln wie Dichlormethan durchgeführt. Da die Nukleophilie von Aminogruppen größer ist als die von Hydroxylgruppen, ist es manchmal notwendig, protische Lösungsmittel zu verwenden. Darüber hinaus können Cbz-ONB (4-O2NC6H4OCOOBn) und andere schwach aktive Benzyloxycarbonyl-aktivierte Ester auch als Einführungsreagenz für Benzyloxycarbonyl verwendet werden. Dieses Reagenz macht das primäre Amin leichter zu schützen als das sekundäre Amin. Aufgrund der fehlenden Nukleophilie von Anilin kann es im Vergleich zu diesem Reagenz nicht reagieren.

Einführung einer geschützten Basisinstanz:

1.2 Entfernung von Benzyloxycarbonyl (Cbz)

Es gibt mehrere Methoden zur Entfernung von Benzyloxycarbonyl: 1) katalytische Hydrogenolyse; 2) Spaltung mit starker Säure (HBr, TMSI); 3) Na/NH3-Reduktion (flüssig). Eine gängige und einfache Methode im Labor ist die katalytische Hydrogenolyse. Wenn das Molekül Gruppen enthält, die empfindlich auf katalytische Hydrogenolyse reagieren (Benzylether, Olefin usw.) oder den Katalysator passivieren (Thioether usw.), müssen wir chemische Methoden wie die Säurespaltung von HBr oder die Na/NH3-Reduktion (flüssig) usw. verwenden.

Die katalytische Hydrogenolyse ist die am häufigsten verwendete und schonendste Methode zur Entschützung, die durch Hydrierung bei normaler Temperatur und normalem Druck abgeschlossen werden kann. Als Wasserstoffdonoren der Reaktion können Wasserstoff, Cyclohexadien, 1,4-Cyclohexadien, Ammoniumformiat, Ameisensäure usw. dienen. Die Reaktion der vier letztgenannten Reagenzien als Wasserstoffdonoren wird auch als katalytische Hydrierungsreaktion bezeichnet. Wird die Hydrierung mit Pd/C in Gegenwart von Boc2O durchgeführt, werden die freigesetzten Amine direkt in Boc-Derivate umgewandelt. Darüber hinaus ist diese Art von Reaktion häufig schneller als ohne Boc2O, hauptsächlich weil das durch Hydrogenolyse entstehende Amin häufig eine gewisse Komplexierung mit dem Edelmetallkatalysator aufweist, wodurch die Aktivität des Katalysators verringert wird. Eine Reaktion mit Boc2O als Amid beseitigt diesen Effekt. Außerdem kann aus demselben Grund manchmal die Zugabe einer geeigneten Säure während der Hydrogenolyse die Reaktion fördern. Das protonierte Amin kann die Komplexierung mit dem Katalysator vermeiden und so die Reaktionsgeschwindigkeit beschleunigen.

Katalytische Hydrierungskatalysatoren verwenden hauptsächlich 5–10 % Palladium-Kohlenstoff, 10–20 % Palladiumhydroxid-Kohlenstoff oder Palladium-Polyethylenimin, wobei Palladium-Polyethylenimin/Ameisensäure zum Entfernen von Cbz besser geeignet ist als die beiden ersteren. Wenn das Molekül außerdem Halogenatome (Cl, Br, I) enthält, führt die direkte Verwendung von Pd/C im Allgemeinen zu einer Dehalogenierung. In diesem Fall wird PdCl2 als Katalysator und Ethylacetat oder Dichlormethan als Lösungsmittel verwendet. Das Auftreten einer Dehalogenierung kann besser vermieden werden.

Wenn HBr/HOAc die Cbz-Gruppe entschützt, entsteht bei der Zersetzung das Carbokation der Benzylgruppe. Wenn im Molekül eine Carbokation-abfangende Gruppe (aktivierter Benzolring usw.) vorhanden ist, wird das entsprechende Nebenprodukt erhalten.

Beispiel für die Entschützung:

Katalytische Entschützung von PdCl2 in Gegenwart von Halogeniden

Zu einer Lösung von Verbindung 1 (900 mg) in Methylenchlorid (16,5 ml) wurden PdCl2 (30 mg) und Triethylamin (0,229 ml) gegeben. Triethylsilan (2 x 0,395 ml) wurde über 2 Stunden zugegeben. Das Reaktionsgemisch wurde 1 Stunde lang gerührt und 2 ml Trifluoressigsäure wurden zugegeben. Nach 30 Minuten wurde die Reaktion mit 2 N NaOH basisch gemacht, mit Methylenchlorid extrahiert, über MgSO4 getrocknet, gefiltert und konzentriert. Die Chromatographie wurde mit 3–5 % MeOH/CH2Cl2 mit 0,5 % NH4OH durchgeführt, um Verbindung 2 als Öl (501 mg, 74 %) zu erhalten.

2. tert-Butoxycarbonyl (Boc)-Schutzgruppe

Neben der Cbz-Schutzgruppe ist tert-Butoxycarbonyl (Boc) auch eine weit verbreitete Amino-Schutzgruppe in der Peptidsynthese. Insbesondere in der Festphasensynthese wird Boc häufig anstelle von Cbz zum Schutz von Aminogruppen verwendet. Boc hat die folgenden Vorteile: Es lässt sich leicht durch Acidolyse entfernen, ist aber bei schwacher Acidität stabil; bei der Acidolyse wird das tert-Butylkation in Isobutylen zersetzt, was im Allgemeinen keine Nebenreaktionen hervorruft; stabil gegenüber Hydrazinolyse und vielen Nukleophilen; Boc ist stabil gegenüber katalytischer Hydrogenolyse, aber viel empfindlicher gegenüber Säuren als Cbz. Wenn Boc und Cbz gleichzeitig vorhanden sind, kann Cbz durch katalytische Hydrogenolyse entfernt werden, Boc bleibt unverändert oder Boc kann durch eine Säurelösung entfernt werden, ohne dass Cbz beeinträchtigt wird, sodass die beiden gut zusammen verwendet werden können.

2.1 Einführung von tert-Butoxycarbonyl (Boc)

Freie Aminogruppen können unter basischen Bedingungen, die durch NaOH oder NaHCO3 kontrolliert werden, leicht mit Boc2O in einem gemischten Lösungsmittel aus Dioxan und Wasser reagieren, um Boc-geschützte Amine zu erhalten. Dies ist eine der üblichen Methoden zur Einführung von Boc, und ihr Vorteil besteht darin, dass die Nebenprodukte nicht störend und leicht zu entfernen sind. Manchmal können einige Amine mit hoher Nukleophilie direkt mit Boc-Anhydrid in Methanol ohne andere Basen reagieren, und die Behandlung ist bequem. Für Aminoderivate, die empfindlich auf Wasser reagieren, ist es besser, Boc2O/TEA/MeOH oder DMF bei 40–50 °C zu verwenden. Bei Aminogruppen mit schwächerer Aktivität kann DMAP hinzugefügt werden, um die Reaktionsrate zu katalysieren.

Einführung einer geschützten Basisinstanz:

2.2 Entfernung von tert-Butoxycarbonyl (Boc)

Boc ist säureempfindlicher als Cbz, und die Produkte der sauren Hydrolyse sind Isobuten und CO2 (siehe Formel unten). Bei der Synthese von Peptiden in der Flüssigphase kann TFA oder 50 % TFA (TFA:CH2Cl2 = 1:1, v/v) zum Entfernen von Boc verwendet werden. TBDPS- und TBDMS-Basen sind relativ stabil, wenn beim Boc-Entfernungsprozess verdünnte 10–20 % TFA verwendet wird. Darüber hinaus können neutrale Bedingungen wie die Kombination aus TBSOTf/2,6-Lutidin oder ZnBr2/CH2Cl2 BOC ebenfalls sehr gut entfernen, und einige säureempfindliche funktionelle Gruppen können ebenfalls erhalten bleiben. Obwohl BOC größtenteils unter sauren Bedingungen entfernt wird, kann BOC an Aminogruppen mit schwächerer Basizität auch unter alkalischen Bedingungen entfernt werden.

Wenn das Molekül funktionelle Gruppen enthält, die unter sauren Bedingungen mit dem Nebenprodukt tert-Butylcarbokationen reagieren können, muss Thiophenol (z. B. Thiophenol) hinzugefügt werden, um die tert-Butylcarbokationen zu entfernen, wodurch Thiol (Ether, Phenol) (z. B. Methionin, Tryptophan usw.) und andere elektronenreiche aromatische Ringe (Indol, Thiophen, Pyrazol, Furan, Polyphenol, hydroxylsubstituiertes Benzol usw.) verhindert werden können. Andere Radikalfänger wie Anisol, Thioanisol, Thiokresol, Kresol und Dimethylsulfid können ebenfalls verwendet werden.

Beispiel für die Entschützung:

3. Wat Methoxycarbonyl (Fmoc) Schutzgruppe

Ein großer Vorteil der Fmoc-Schutzgruppe besteht darin, dass sie extrem säurebeständig ist und in ihrer Gegenwart die Boc- und Benzylgruppen entschützt werden können. Nach dem Entschützen der Fmoc-Gruppe wird das Amin als freie Base freigesetzt. Im Allgemeinen ist Fmoc gegenüber Hydrierung stabil, kann jedoch in einigen Fällen durch H2/Pd-C in AcOH und MeOH entfernt werden. In den vorherigen Tweets des Unternehmens wurde die Einführung und Entfernung der Fmoc-Schutzgruppe im Detail beschrieben. Interessierte Freunde können sich die vorherigen Tweets noch einmal ansehen.

3.1 Einführung von Wat-Methoxycarbonyl (Fmoc)

Die durch Fmoc geschützte Aminogruppe kann durch Reaktion von Fmoc-Cl und Fmoc-OSu mit einer Aminogruppe unter schwachen Basenbedingungen wie Pyridin oder NaHCO3 erhalten werden. (Verwenden Sie auf keinen Fall eine starke Base wie Triethylamin!). Die Aktivität von Fmoc-OSu ist etwas geringer als die von Fmoc-Cl, und die durch die Reaktion entstehenden Verunreinigungen sind normalerweise geringer, und es ist im Allgemeinen vorzuziehen, Fmoc-OSu gegenüber Fmoc zu verwenden.

Einführung einer geschützten Basisinstanz:

3.2 Entfernung von Wat Methoxycarbonyl (Fmoc)

Die Fmoc-Schutzgruppe kann im Allgemeinen durch verschiedene basische Bedingungen wie konzentriertes Ammoniakwasser, Piperidin, Ethylendiamin, Cyclohexylamin, Morpholin, DBU, Bu4N+F-/DMF usw. entfernt werden. Tertiäre Amine (wie Triethylamin) sind bei der Entfernung weniger wirksam, und sterisch stärker gehinderte Amine (wie DIEA) sind bei der Entfernung weniger wirksam.

4. Allyloxycarbonyl (Alloc)-Schutzgruppe

Im Gegensatz zu den zuvor erwähnten Cbz, Boc und Fmoc ist Alloc gegenüber Säuren und Basen sehr stabil. In seiner Gegenwart können Cbz, Boc und Fmoc selektiv entschützt werden, während die Entfernung von Alloc in der Regel in Gegenwart von Pd(0) erfolgt.

4.1 Einführung der Allyloxycarbonyl (Alloc)-Schutzgruppe

Normalerweise reagiert Alloc-Cl oder Alloc-OSu mit Aminoverbindungen in organischen Lösungsmitteln/Na2CO3, NaHCO3-Lösung oder Pyridin, um Alloc-geschützte Aminoderivate zu erhalten.

Einführung einer geschützten Basisinstanz:

4.2 Entfernung der Allyloxycarbonyl (Alloc)-Schutzgruppe

Die Alloc-Schutzgruppe ist gegenüber Säuren und Basen sehr stabil und kann normalerweise nur mit Pd(0) wie Pd(PPh3)4 oder Pd(PPh3)2Cl2 entschützt werden. Unter Pd(0)-Katalyse entsteht ein π-Allylpalladium-Zwischenprodukt, das nach der Reaktion mit einem Nukleophil wie Morpholin oder 1,3-Diketon entschützt wird. Beispielsweise können Alloc-Derivate mit Pd(PPh3)4/Me2NTMS behandelt werden, um leicht hydrolysierbares TMS-Carbamat zu erhalten [Tetrahedron Lett., 1992, 33,477]. Durch Zugabe von Boc2O, AcCl, TsCl oder Bernsteinsäureanhydrid kann Pd(PPh3)2Cl2/Bu3SnH die Alloc-Gruppe in andere Amin-Derivate umwandeln. Darüber hinaus kann Alloc auch durch Pd(PPh3)4/HCOOH/TEA entfernt werden [J.Med. Chem., 1992, 35, 2781] oder AcOH/NMO [J.Org. Chem., 1996, 61, 3983] .

Beispiele für Entschützungsgruppen:

Zu einer Lösung des Alloc-geschützten Esters (140,7 mg) und 1,3-Dimethylbarbitursäure (228 mg) in THF (15 ml) wurde Tetrakis(triphenylphosphin)palladium (43,9 mg, 17 Mol-%) gegeben und die resultierende Mischung 27 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Die Mischung wurde dann in gesättigtes wässriges NaHCO3 gegossen und viermal mit Et2O extrahiert. Der kombinierte Extrakt wurde getrocknet (MgSO4) und im Vakuum konzentriert. Der Rückstand wurde durch Chromatographie (CHCl3/MeOH, 20 : 1 bis 2 : 1) gereinigt, um den entsprechenden freien Aminoester als farbloses Öl (79,5 mg, 65 %) zu erhalten. [ Chem. Soc. Perkin Trans. 1., 2004, 7, 949]

Zu einer Lösung von 112 (0,97 g, 1,4 mmol) in CH2Cl2 (19 ml) wurden Dimethylaminotrimethylsilan (1,32 ml, 8,4 mol) und Trimethylsilyltrifluoracetat (1,45 ml, 8,4 mmol) gegeben. Die Lösung wurde 10 min bei 20 °C gerührt, dann wurde Pd(PPh3)4 (97 mg, 0,084 mmol) zugegeben und das Rühren wurde 2,5 h fortgesetzt. Die Mischung wurde eingedampft und das verbleibende Öl wurde in EtOAc (50 ml) gelöst. Die Lösung wurde mit 10 % wässrigem NaHCO3 und Salzlösung gewaschen, getrocknet und eingedampft. Der Rückstand wurde chromatographiert (SiO2; EtOAc/Hexan 1:2), um 113 (0,67 g, 78 %) zu ergeben. [J. Med. Chem., 1992, 47(6) , 1487].

5. Trimethylsilylethoxycarbonyl (Teoc)-Schutzgruppe

Trimethylsilylethoxycarbonyl (Teoc) unterscheidet sich von den zuvor erwähnten Cbz, Boc, Fmoc und Alloc. Es ist sehr beständig gegenüber Säuren, den meisten Basen und Edelmetallkatalyse. In seiner Gegenwart können Cbz, Boc, Fmoc und Alloc selektiv entschützt werden, und die Entschützung wird üblicherweise in Fluoridanionen durchgeführt. Wie TBAF, TEAF und HF usw.

5.1 Einführung von Trimethylsilylethoxycarbonyl (Teoc)

Im Allgemeinen reagieren Teoc-Cl, Teoc-OSu, Teoc-OBt und Teoc-Nt in Gegenwart organischer Lösungsmittel und Basen mit Aminoverbindungen, um Teoc-geschützte Aminoderivate zu erhalten. Nitrotriazol, ein Nebenprodukt, das nach dem Schutz des Sodeoka-Reagens (Teoc-NT) entsteht, kann durch einfache Filtration entfernt werden, da es in Lösungsmitteln unlöslich ist.

Einführung eines geschützten Basisbeispiels:

5.2 Entfernung von Trimethylsilylethoxycarbonyl (Teoc)

Die Entfernung von Trimethylsilylethoxycarbonyl (Teoc) erfolgt hauptsächlich durch β-Eliminierung und Entschützung nach der Reaktion von Fluoridionen mit Trimethylsilan. Zu den Fluorreagenzien gehören TBAF (Tetrabutylammoniumfluorid), TEAF (Tetraethylammoniumfluorid) oder TMAF (Tetramethylammoniumfluorid). Während des Entfernungsprozesses erzeugt TBAF ein Nebenprodukt aus Tetrabutylaminsalz, das oft schwer zu entfernen ist und oft die Qualität des Produkts beeinträchtigt. Zu diesem Zeitpunkt können stattdessen TMAF oder TEAF verwendet werden.

Beispiel für die Entschützung:

6. 2,2,2-Trichlorethoxycarbonyl (Troc)-Schutzgruppe

6.1 Einführung der 2,2,2-Trichlorethoxycarbonyl (Troc)-Schutzgruppe

Im Allgemeinen reagieren Troc-Cl und Troc-OSu mit Aminoverbindungen in Gegenwart von organischen Lösungsmitteln und Basen, um Teoc-geschützte Aminoderivate zu erhalten.

6.2 Entfernung der 2,2,2-Trichlorethoxycarbonyl (Troc)-Schutzgruppe

Die Entschützung wird üblicherweise unter Ein-Elektronen-Reduktionsbedingungen von Zinkessigsäure durchgeführt, wobei als Nebenprodukte flüchtiges 1,1-Dichlorethylen und Kohlendioxid entstehen. Unter diesen Bedingungen sind viele Gruppen wie Boc, Fmoc, Cbz, Teoc usw. stabil.

Beispiel für die Entschützung

Es gibt viele Alkoxycarbonyl-Schutzgruppen, die in diesem Artikel nicht einzeln vorgestellt werden. Bei der Auswahl einer Schutzgruppe müssen alle Reaktanten, Reaktionsbedingungen und funktionellen Gruppen in den Substraten, die an der geplanten Reaktion beteiligt sind, sorgfältig berücksichtigt werden. Versuchen Sie, die Schutzgruppe auszuwählen, die am einfachsten hinzuzufügen und zu entfernen ist. Wenn mehrere Schutzgruppen gleichzeitig entfernt werden müssen, ist es sehr effektiv, dieselbe Schutzgruppe zum Schutz verschiedener funktioneller Gruppen zu verwenden. Um Schutzgruppen selektiv zu entfernen, können nur unterschiedliche Arten von Schutzgruppen verwendet werden. Darüber hinaus müssen die Selektivität hinsichtlich der Schutzgenerierung und der Entfernungsraten sowohl elektronisch als auch sterisch berücksichtigt werden. Der Schutz und die Entschützung von Aminogruppen ist immer eine Strategie der letzten Wahl. Wenn ein neuer Weg entwickelt werden kann oder die Verwendung von Vorläufer-Funktionsgruppen verwendet werden kann, um die Verwendung von Schutzgruppen zu vermeiden, ist dies eine bessere Methode.

Haofan Biological Co., Ltd. widmet sich der Forschung, Entwicklung und Produktion synthetischer Peptidwirkstoffe. Nach mehr als zehn Jahren Entwicklung und Akkumulation bietet das Unternehmen verschiedene Aminoschutzreagenzien, Peptidkondensationsreagenzien, unnatürliche Aminosäuren und andere verwandte Produkte an. Freunde, die Hilfe benötigen, sind herzlich willkommen!