Einführung und Entfernung mehrerer häufiger Alkoxycarbonyl-Schutzgruppen

Die Alkoxycarbonyl-Schutzgruppe ist die am häufigsten verwendete Art von Amino-Schutzgruppe. In diesem Artikel werden die Schutz- und Entschützungsmethoden der folgenden gängigen Alkoxycarbonylamino-Schutzgruppen kurz vorgestellt. Zu diesen üblichen Schutzgruppen gehören Benzyloxycarbonyl (Cbz), tert-Butoxycarbonyl (Boc), Methoxycarbonyl (Fmoc), Allyloxycarbonyl (Alloc), Trimethylsilylethoxycarbonyl (Teoc) und 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 umgesetzt werden. 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 auch Cbz-ONB (4-O2NC6H4OCOOBn) und andere schwach aktive Benzyloxycarbonyl-aktivierte Ester als Einführungsreagens für Benzyloxycarbonyl verwendet werden. Durch dieses Reagenz lässt sich das primäre Amin leichter schützen als das sekundäre Amin. Aufgrund der fehlenden Nukleophilie von Anilin kann es im Vergleich zu diesem Reagens nicht reagieren.

Einführung einer geschützten Basisinstanz:

1.2 Entfernung von Benzyloxycarbonyl (Cbz)

Es gibt mehrere Methoden zur Entfernung von Benzyloxycarbonyl: 1) katalytische Hydrogenolyse; 2) starke Säurespaltung (HBr, TMSI); 3) Reduktion von Na/NH3 (flüssig). Eine gängige und prägnante Methode im Labor ist die katalytische Hydrogenolyse; Wenn es Gruppen im Molekül gibt, die gegenüber der katalytischen Hydrogenolyse empfindlich sind (Benzylether, Olefin usw.) oder den Katalysator passivieren (Thioether usw.), müssen wir chemische Methoden wie die Säurespaltung von HBr oder Na/NH3 verwenden ( Flüssigkeit) Reduzierung usw.

Die katalytische Hydrogenolyse ist die am häufigsten verwendete und schonendste Entschützungsmethode, die durch Hydrierung bei normaler Temperatur und normalem Druck abgeschlossen werden kann. Der Wasserstoffdonor der Reaktion kann Wasserstoff, Cyclohexadien, 1,4-Cyclohexadien, Ammoniumformiat, Ameisensäure usw. sein. Die Reaktion der letzten vier Reagenzien als Wasserstoffdonatoren 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 oft schneller als die ohne Boc2O, hauptsächlich weil das durch Hydrogenolyse erzeugte Amin oft eine gewisse Komplexierung mit dem Edelmetallkatalysator eingeht, was die Aktivität des Katalysators verringert. Durch die Reaktion mit Boc2O als Amid wird dieser Effekt aufgehoben. Darüber hinaus kann manchmal die Zugabe einer geeigneten Säure während der Hydrogenolyse aus demselben Grund die Reaktion fördern. Das protonierte Amin kann die Komplexierung mit dem Katalysator vermeiden und dadurch die Reaktionsgeschwindigkeit beschleunigen.

Katalytische Hydrierungskatalysatoren verwenden hauptsächlich 5–10 % Palladium-Kohlenstoff, 10–20 % Palladiumhydroxid-Kohlenstoff oder Palladium-Polyethylenimin, und Palladium-Polyethylenimin/Ameisensäure eignet sich besser als die beiden ersteren zur Entfernung von Cbz. Wenn außerdem Halogenatome (Cl, Br, I) im Molekül vorhanden sind, 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 außerdem die Cbz-Gruppe entschützt, führt die Zersetzung zum Carbokation der Benzylgruppe. Wenn im Molekül eine Carbokationen einfangende Gruppe (aktivierter Benzolring usw.) vorhanden ist, wird das entsprechende Nebenprodukt erhalten.

Beispiel für eine 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 wurde über 2 Stunden zugegeben (2 x 0,395 ml). Die Reaktionsmischung wurde 1 Stunde lang gerührt und mit 2 ml Trifluoressigsäure versetzt. Nach 30 Minuten wurde die Reaktion mit 2 N NaOH basisch gemacht, mit Methylenchlorid extrahiert, über MgSO4 getrocknet, filtriert und konzentriert. Die Chromatographie wurde mit 3–5 % MeOH/CH2Cl2 mit 0,5 % NH4OH durchgeführt, um Verbindung 2 als Öl (501 mg, 74 %) bereitzustellen.

2. Test-Butoxycarbonyl (Boc)-Schutzgruppe

Neben der Cbz-Schutzgruppe ist Start-Butoxycarbonyl (Boc) auch eine häufig verwendete 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 stabil, wenn der Säuregehalt schwach ist; Was bei der Acidolyse entsteht, ist, dass das Tert-Butyl-Kation in Isobutylen zersetzt wird und es im Allgemeinen keine Nebenreaktionen mit sich bringt; Stabil gegenüber Hydrazinolyse und vielen Nukleophilen; Boc ist stabil gegenüber der katalytischen 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 Säurelösung entfernt werden, ohne dass Cbz beeinträchtigt wird, sodass die beiden gut zusammen verwendet werden können.

2.1 Einführung von Test-Butoxycarbonyl (Boc)

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

Einführung einer geschützten Basisinstanz:

2.2 Entfernung von Test-Butoxycarbonyl (Boc)

Boc reagiert empfindlicher auf Säure als Cbz, und die sauren Hydrolyseprodukte sind Isobuten und CO2 (siehe Formel unten). Bei der Synthese von Flüssigphasenpeptiden kann TFA oder 50 % TFA (TFA: CH2Cl2 = 1:1, Vol./Vol.) zur Entfernung von Boc verwendet werden. TBDPS- und TBDMS-Basen sind relativ stabil, wenn bei der Boc-Entfernung verdünnte 10–20 % TFA verwendet wird. Darüber hinaus können neutrale Bedingungen wie die Kombination von TBSOTf/2,6-Lutidin oder ZnBr2/CH2Cl2 BOC ebenfalls sehr gut entfernen und einige säureempfindliche funktionelle Gruppen beibehalten. Obwohl BOC größtenteils unter sauren Bedingungen entfernt wird, kann BOC an Aminogruppen mit schwächerer Basizität auch unter alkalischen Bedingungen entfernt werden.

Wenn einige funktionelle Gruppen im Molekül unter sauren Bedingungen mit den als Nebenprodukt entstehenden Tert-Butyl-Carbokationen reagieren können, ist die Zugabe von Thiophenol (z. B. Thiophenol) erforderlich, um Tert-Butyl-Carbokationen zu entfernen, wodurch Thiol (Ether, Phenol) (z. B B. Methionin, Tryptophan usw.) und andere elektronenreiche aromatische Ringe (Indol, Thiophen, Pyrazol, Furanpolyphenol, hydroxylsubstituiertes Benzol usw.). Andere Fänger wie Anisol, Thioanisol, Thiokresol, Kresol und Dimethylsulfid können ebenfalls vorhanden sein gebraucht.

Beispiel für eine Entschützung:

3. Wat Methoxycarbonyl (Fmoc)-Schutzgruppe

Ein großer Vorteil der Fmoc-Schutzgruppe besteht darin, dass sie äußerst säurestabil ist und in ihrer Gegenwart die Boc- und Benzylgruppen entschützt werden können. Nach der Entschützung des Fmoc wird das Amin als freie Base freigesetzt. Im Allgemeinen ist Fmoc hydrierungsstabil, kann jedoch in einigen Fällen durch H2/Pd-C in AcOH und MeOH entfernt werden. In früheren Tweets des Unternehmens wurde die Einführung und Entfernung der FMOC-Schutzgruppe ausführlich beschrieben. Interessierte Freunde können noch einmal auf die vorherigen Tweets verweisen.

3.1 Einführung von Wat Methoxycarbonyl (Fmoc)

Die durch Fmoc geschützte Aminogruppe kann durch Reaktion von Fmoc-Cl und Fmoc-OSu mit der Aminogruppe unter schwach basischen Bedingungen wie Pyridin oder NaHCO3 erhalten werden. (Achten Sie darauf, keine starke Base wie Triethylamin zu verwenden!). Die Aktivität von Fmoc-OSu ist etwas geringer als die von Fmoc-Cl, und die durch die Reaktion erzeugten Verunreinigungen sind normalerweise geringer, und es wird im Allgemeinen bevorzugt, Fmoc-OSu auf 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 oben genannten Cbz, Boc und Fmoc ist Alloc in Säuren und Laugen sehr stabil. In seiner Gegenwart können Cbz, Boc und Fmoc selektiv entschützt werden, während die Entfernung von Alloc normalerweise in Pd( 0) in Gegenwart von erfolgt.

4.1 Einführung der Allyloxycarbonyl (Alloc)-Schutzgruppe

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

Einführung einer geschützten Basisinstanz:

4.2 Entfernung der Allyloxycarbonyl-Schutzgruppe (Alloc).

Die Alloc-Schutzgruppe weist eine hohe Stabilität gegenüber Säuren und Basen auf und wird normalerweise nur mit Pd(0) wie Pd(PPh3)4 oder Pd(PPh3)2Cl2 entschützt. Unter Pd(0)-Katalyse entsteht ein π-Allylpalladium-Zwischenprodukt, das nach einer Reaktion mit einem Nukleophil wie einem 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]. Bei Zugabe von Boc2O, AcCl, TsCl oder Bernsteinsäureanhydrid kann Pd(PPh3)2Cl2/Bu3SnH die Alloc-Gruppe in andere Aminderivate 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-Diethylbarbitursäure (228 mg) in THF (15 ml) wurde Tetrakis(triphenylphosphin)palladium (43,9 mg, 17 Mol-%) und die resultierende Mischung gegeben wurde 27 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt. Die Mischung wurde dann in gesättigte wässrige Lösung gegossen. NaHCO3 gelöst 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 ergeben. [ 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 Minuten lang bei 20 °C gerührt, dann wurde Pd(PPh3)4 (97 mg, 0,084 mmol) zugegeben und das Rühren 2,5 Stunden lang fortgesetzt. Die Mischung wurde eingedampft und das verbleibende Öl in EtOAc (50 ml) gelöst. Die Lösung wurde mit 10 %iger wässriger NaHCO3-Lösung und Kochsalzlösung 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 oben genannten Cbz, Boc, Fmoc und Alloc. Es ist sehr stabil gegenüber Säuren, den meisten Laugen und Edelmetallkatalyse. In seiner Gegenwart können Cbz, Boc, Fmoc und Alloc selektiv entschützt werden, und die Entschützung erfolgt üblicherweise in Fluorid-Anionen. Wie TBAF, TEAF und HF usw.

5.1 Einführung von Trimethylsilylethoxycarbonyl (Teoc)

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

Wir stellen ein Beispiel für eine geschützte Basis vor:

5.2 Entfernung von Trimethylsilylethoxycarbonyl (Teoc)

Die Entfernung von Trimethylsilylethoxycarbonyl (Teoc) erfolgt hauptsächlich durch β-Eliminierung der Schutzgruppe nach der Reaktion des Fluoridions mit Trimethylsilan. Zu den Fluorreagenzien gehören TBAF (Tetrabutylammoniumfluorid), TEAF (Tetraethylammoniumfluorid) oder TMAF (Tetramethylammoniumfluorid). Bei der Entfernung von TBAF entsteht als Nebenprodukt das Tetrabutylaminsalz, das oft schwer zu entfernen ist und häufig die Qualität des Produkts beeinträchtigt. Zu diesem Zeitpunkt kann stattdessen TMAF oder TEAF verwendet werden.

Beispiel für eine 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 organischer Lösungsmittel und Basen, um Teoc-geschützte Aminoderivate zu erhalten.

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

Die Entschützung erfolgt üblicherweise unter Ein-Elektronen-Reduktionsbedingungen von Zink-Essigsäure, wobei als Nebenprodukte flüchtiges 1,1-Dichlorethylen und Kohlendioxid entstehen. Unter dieser Bedingung sind viele Gruppen wie Boc, Fmoc, Cbz, Teoc usw. stabil.

Beispiel für eine 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 sein werden, sorgfältig berücksichtigt werden. Versuchen Sie, die Schutzgruppe auszuwählen, die sich am einfachsten hinzufügen und entfernen lässt. 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 muss die Selektivität der Schutzerzeugungs- und -entfernungsraten sowohl elektronisch als auch sterisch berücksichtigt werden. Der Schutz und die Entschützung von Aminogruppen ist immer eine Strategie des letzten Auswegs. Wenn ein neuer Weg entworfen werden kann oder die Verwendung von funktionellen Vorläufergruppen verwendet werden kann, um den Einsatz von Schutzgruppen zu vermeiden, ist dies eine bessere Methode.

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