Защитные группы в органическом синтезе реферат

Обновлено: 02.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Использование трет -бутиловых эфиров для защиты групп в органическом синтезе

Введение 3

Защита спиртовых гидроксильных групп 4

Защита гидроксильной группы фенолов 6

Защита карбоксильных групп 7

Защита тиолов 10

Заключение 13

Литература 14

Когда необходимо провести химическую реакцию селективно по одному реакционноспособному центру в многофункциональном соединении, другие реакционные центры должны быть временно заблокированы. Для этих целей было разработано множество защитных групп. Защитная группа должна удовлетворять ряду требований. Она должна реагировать селективно с хорошим выходом, образуя защищённый субстрат, который будет стабилен в последующих реакциях. Защитная группа должна селективно удаляться с хорошими выходами легкодоступными, предпочтительно нетоксичными реагентами, которые не атакуют регенерированную функциональную группу. Защитная группа должна образовывать производное, которое может быть легко отделено от побочных продуктов, связанных с её введением или отщеплением. Она должна иметь минимум дополнительных функций, чтобы избежать образования новых реакционных центров. Очевидно, что ни одна защитная группа не является универсальной и применяется лишь в определённых случаях.

Одним из наиболее широко используемых способов защиты гидроксильных и меркаптаногрупп является образование эфиров. Выбор спирта зависит от группы, которую необходимо защитить, от условий, в которых возможно введение и удаление защиты, а также от тех превращений, которым будет подвержено исходное вещество. трет -Бутиловый спирт один из наиболее часто используемых.

Защита спиртовых гидроксильных групп

Спирты алкилируются и ацилируются, а также вступают в другие электрофильные реакции, первичные и вторичные спирты подвержены окислению, а третичные — дегидратации, катализируемой кислотами. Поэтому при проведении реакций, затрагивающих другие реакционные центры молекулы, возникает необходимость в защите спиртовых гидроксильных групп. Путём введения защиты можно исключить также возможность взаимодействия соседних групп с гидроксильной. Основными защитными группами гидроксильных спиртовых групп являются эфиры.

т рет- Бутиловые эфиры можно получить с высоким выходом обработкой раствора или суспензии соответствующего спирта в хлористом метилене избытком изобутилена в условиях кислотного катализа при комнатной температуре (1) [1].

Наиболее подходящими катализаторами для этой цели являются концентрированная серная кислота [1] и комплекс BF ₃ — H ₃ PO ₄ [2], дающие выходы около 80% [3] и 100% [2] соответственно. трет - Бутиловые эфиры устойчивы к щелочам и каталитическому гидрогенолизу, но расщепляются кислотами (1) [4]. Лучшим реагентами для удаления этой защитной группы являются безводная трифторуксусная кислота (1 — 16 часов при 0 — 20ºС, выход 80 — 90% [2]) и H B r/AcOH (30 минут при комнатной температуре [1]). Таким образом, трет -бутильная группа пригодна для защиты спиртовой гидроксильной группы в тех случаях, когда другие функциональные группы в молекуле могут выдержать те достаточно высокие условия кислотности, в которых проходит снятие защиты.

трет -Бутильная защитная группа успешно используется в пептидном синтезе для блокирования спиртовых гидроксильных групп таких
окси- L -аминокислот, как серин, треонин и 4-оксипролин [1], а также находит применение в химии стероидов, сахаров и глицеридов [2].

Защита гидроксильной группы фенолов

Для защиты спиртов и фенолов в процессе их синтеза и превращений используются одни и те же типы блокирующих групп, что объясняется сходностью химического поведения спиртовой и фенольной гидроксильных групп. Однако реакционная способность фенольных групп существенно отличается от спиртовых, и это практически приводит к повышению селективности как на стадии введения, так и при отщеплении защитных групп. Как и в случае спиртов, основными защитными группами фенолов служат эфиры.

трет -Бутиловые эфиры не нашли широкого применения в качестве защитных групп в химии фенолов, так как их лабильность по отношению к водным кислотам значительно выше, чем у других алкильных и бензильных групп. Единственным их преимуществом является то, что они могут быть получены в отсутствии оснований. трет -Бутильную защитную группу вводят, добавляя фенол к изобутилену в условиях кислотного катализа (2) [5]. В качестве катализатора обычно используют H ₂ SO ₄ (выход 90%) [6] или CF ₃ SO ₃ H (выход 70 — 90%) [7].

т рет -Бутильная группа отщепляется обработкой трифторуксусной кислотой при комнатной или более низкой температуре, выход составляет около 81% [6]. При добавлении CF ₃ SO ₃ H увеличивается скорость удаления защиты, а выходы достигают почти 100% [7].

Защита карбоксильных групп

В синтезах часто необходимо защитить карбоксильную функцию так, чтобы иметь возможность провести определённые реакции по другим положениям молекулы и затем снять эту защиту, не затронув остальных реакционноспособных групп. Обычно карбоксильную группу легче всего блокировать, переведя её в сложноэфирную.

трет -Бутиловые эфиры устойчивы к гидрогенолизу и не расщепляются при аммонолизе в обычных условиях или щелочном гидролизе. С другой стороны, они чувствительны к кислотам, под действием которых трет -бутильная группа в мягких условиях отщепляется в виде изобутилена, например, под действием трифторуксусной кислоты при комнатной температуре (3) [8] или п -толуолсульфокислоты при кипячении в бензоле (4) [9]. Эту защитную группу использовали при получении кетонов [9], β-кетоэфиров [10], α,β- ненасыщенных кетонов [11], чувствительных к щелочам ацилоинов [12] и в пептидных синтезах [13].

Для введения трет -бутильной защиты существует несколько методов. Например, реакция галогенангидридов кислот с трет -бутиловым спиртом (5) [10]. Эта реакция, являющаяся одним из обычных методов получения сложных эфиров, катализируется основаниями (пиридином, диметиланилином, магнием).

Сложные эфиры можно получать при действии галогенидов на щелочные, серебряные или аммонийные соли карбоновых кислот (6). Выход реакции составляет 72% ― 100% [14].

Эта реакция, как правило, не применима для третичных галогенпроизводных, так как они при этом дегидрогалогенируются (7). Однако такой метод используется для получения некоторых трет -бутиловых эфиров [15].

трет -Бутиловые эфиры также получают переэтерификацией. При переэтерификации спиртовой части (ацидолизе) проводят реакцию между сложным эфиром и карбоновой кислотой (8), в качестве катализатора используются основания, при этом образуется новый сложный эфир и новая карбоновая кислота [16, с. 99].

При переэтерификации кислотной части (алкоголизе) проводят взаимодействие сложного эфира (обычно метилового) со спиртом (9)
[16, c .78]. При введении этим способом трет -бутильной защиты в качестве катализатора следует брать основания, так как при кислотном катализе протекает побочная реакция образования изобутилена (10).

Методом переэтерификации синтезированы, например, трет -бутиловые эфиры аминокислот, исходя из трет -бутилацетата и
N -ацилированной или свободной аминокислоты в присутствии хлорной кислоты (11) [17].

Ещё одним методом получения трет -бутилового эфира является реакция присоединения карбоновой кислоты по олефиновой связи изобутилена в условиях кислотного катализа (12) [18].

Защита тиолов

Необходимость защиты тиолов связана прежде всего с высокой степенью нуклеофильности двухвалентной серы, а также с лёгкостью их окисления до дисульфидов.

Тиоэфиры – наиболее известные и широко используемые защитные группы для тиолов. Для защиты меркаптогруппы может быть использован трет -бутиловый спирт, что объясняется относительной устойчивостью трет -бутиловых тиоэфиров к водным кислотам.

Тиоэфиры можно получать путём взаимодействия тиолов с изобутиленом в присутствии серной кислоты при комнатной температуре (13), выход реакции составляет 73% [1].

Ещё одним способом получения тиоэфиров является взаимодействие тиола с трет -бутиловым спиртом при катализе серной кислотой [19] или двухнормальной соляной кислотой [20] (14) с выходами 98% и 90% соответственно.

Удалить защиту можно путём последовательного взаимодействия эфира с о -нитробензолсульфанилхлоридом и тетрагидроборатом натрия [20]. При этом на первой стадии образуется несимметричный дисульфид (15), который затем восстанавливается с образованием тиола (16).

Тиоэфиры расщепляются также под действием плавиковой кислоты в анизоле (17) [21]. Анизол используется в качестве поглотителя выделяющегося триметилкарбениевого катиона (18).

трет -Бутильная защита снимается под действием солей Hg 2+ в присутствии трифторуксусной кислоты и анизола. Реакция проходит через стадию образования металлорганического соединения (19), которое гидролизуется с образованием тиола (20) [22]. Анизол, как и в предыдущем случае, используется как поглотитель карбокатиона (18).

При синтезе молекул с несколькими реакционными центрами, особенно макромолекул, желательно, если не обязательно, использование защиты. трет -Бутиловые эфиры применяются для защиты гидроксильных и им подобных групп в течение долгого времени. Они успешно используются в синтезе кетонов, стероидов, пенициллинов, полипептидов и других соединений. трет -Бутиловые эфиры не нашли широкого применения в защите фенолов из-за высокой лабильности по отношению к кислотам. Также они редко используются для защиты тиолов из-за жёстких условий удаления защиты. Чаще всего трет -бутиловые эфиры используются для защиты спиртовых гидроксильных групп и карбоксильных групп.

F.M. Callahan, G.M. Anderson, R. Poul, J.E. Zimmerman, J. Am. Chem . Soc . , 85 , 201 (1963) .

H.C. Beyerman, G.J. Heizwolf, J. Chem. Soc. , 84 , 203 (1965).

H.C. Beyerman, J.S. Bontekoe, Proc. Chem . Soc . , 1961, 249.

Защитные группы в органическом синтезе, под ред. Дж. МакОми, перевод с англ. Я.В. Яшунского, М.: Мир, 1976, с. 98.

E . Wunsch , J. Jentsch, Chem. Ber. , 97 , 2490 (1964).

H.C. Beyerman, J.S. Bontekoe, Recl. Trav . Chim . Pays - Bas , 81 , 691 (1962).

J . L . Holcombe , T . Livinghouse , J . Org . Chem., 51 , 111 ( 1986 ) .

R . Schwyzer , H . Kappeler , Helv . Chim. Acta, 44 , 1991 ( 1961 ) .

G . S . Fonken , W . S . Johnson , J . Am . Chem. Soc., 74 , 831 (1952) .

D . S . Breslow , E . Baumgarten , C . R . Hauser , J . Am . Chem. Soc., 66 , 1286 ( 1944 ) .

S . O . Lawesson , E . H . Larsen , G . Sundstrom , H . J . Jackobsen , Acta Chem . Scand., 17 , 2216 ( 1963 ) .

S.O. Lawesson, S. Gronwalls, R. Sandberg, Org. Synth. , 42 , 28 ( 1963 ) .

H . Weiland , H . Determan , Angew . Chem . Internat . Ed. , 2 , 58 ( 1963 ) .

P. Chevallet, P. Garrouste, B. Malawska, J. Martinez, Tetrahedron Lett. , 34 , 7409 (1993).

M. Regitz, J. Hocker, A. Liedhegener, Org. Synth. , 48 , 36 ( 1968 ) .

Г. Беккер, В. Бергер, Г. Домшке и др., Органикум. Том II , перевод с нем. В.М. Потапова, С.В. Пономарёва, М.: Мир, 1979, 442 c тр.

E. Taschner, C. Wasielewski, J.F. Biernaf, Annalen , 64 , 119 (1961).

R. Roeske, J. Org. Chem. , 28 , 1251 ( 1963 ) .

R. Breitshuh, D. Seebach, Synthesis , 1992, 83.

J.J. Pastuszak, A. Chimiak, J. Org. Chem. , 46 , 1868 ( 1981 ) .

K. Akaji, K. Fujino, T. Tatsumi, Y. Kiso, J.Am. Chem. Soc, . 115 , 11384 ( 1993 ) .

O. Nishimura, C. Kitada, M. Fujino, Chem. Pharm. Bull. , 26 , 1576 ( 1978 ) .

Характеристика применения защитных групп в органической химии. Составление реального плана синтеза, ведущего к избирательному освобождению любой функциональной группы в любом моносахариде. Изучение метода освобождения первичного гидроксила в сахарах.

Рубрика	Химия
Предмет	Органическая химия
Вид	реферат
Язык	русский
Прислал(а)	besaev-shop
Дата добавления	17.02.2011
Размер файла	17,6 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Подобные документы

Основные операции при работе в лаборатории органической химии. Важнейшие физические константы. Методы установления строения органических соединений. Основы строения, свойства и идентификация органических соединений. Синтезы органических соединений.

методичка [2,1 M], добавлен 24.06.2015

Адамантан-родоначальник гомологического ряда семейства углеводородов алмазоподобного строения диамантана, триамантана. Возникновение и развитие на основе химии адамантана одной из областей современной органической химии-химии органических полиэдранов.

курсовая работа [259,0 K], добавлен 08.10.2008

Изучение метода синтеза соединений с простой эфирной связью, меркаптанов и аминов. Исследование реакций бимолекулярного нуклеофильного замещения. Анализ условий синтеза меркаптанов из хлорпроизводных. Технология жидкофазного синтеза. Реакционные узлы.

презентация [137,2 K], добавлен 23.10.2014

Краткий исторический обзор развития органической химии. Первые теоретические воззрения. Теория строения А.М. Бутлерова. Способы изображения органических молекул. Типы углеродного скелета. Изомерия, гомология, изология. Классы органических соединений.

контрольная работа [216,8 K], добавлен 05.08.2013

Магнитные сорбенты. Изотермы адсорбции. Синтез магнитного материала. Синтез магнитного сорбента. Определение содержания Fe(II) при помощи количественного анализа. Эктронномикроскопическое исследование. Рентгенофазовое исследование.

дипломная работа [5,5 M], добавлен 22.08.2007

Органический синтез как раздел химии, предмет и методы его изучения. Сущность процессов алкилирования и ацилирования, характерные реакции и принципы протекания. Описание реакций конденсации. Характеристика, значение реакций нитрования, галогенирования.

лекция [2,3 M], добавлен 28.12.2009

Изучение понятия, свойств, биологической активности пиразолодиазепинов. Синтез 2,3,3,6-тетрагидро-пиразоло[3,4-d][1,2]диазепина и его производных. Определение условий проведения стадий синтеза, температур плавления промежуточных и конечных соединений.

В органической химии, называемой защитной группой (или защитной группой ), функциональная группа, введенная в молекулу в результате химической функции, маскирует всю или часть ее реакционной способности. Целью введения защитной группы является повышение селективности следующих реакций.

Резюме

Исторический

Принцип

Функциональная группа должна соответствовать 7 критериям, чтобы считаться хорошей защитной группой, предотвращающей ее разрушение или подавляя ее реакционную способность во время химической реакции:

Способ защиты должен быть простым и эффективным.
Используемые реагенты должны быть легкодоступными (в идеале коммерчески доступными).
Защитная группа должна быть легко охарактеризована и избегать осложнений при анализе (например, путем введения новых асимметричных центров).
Он должен выдерживать обычные условия очистки (хроматографическая колонка).
Он должен быть устойчивым к широкому спектру химических реакций.
Его необходимо удалять осторожно и выборочно, используя особые условия.
Побочные продукты реакции снятия защиты должны легко удаляться в процессе очистки.

Защита

Ортогональность

Ортогональные множества

Филип Коциенски выделяет 13 ортогональных наборов защитных групп в зависимости от того, расщепляются ли они:

основнойсольволиз
кислоты
на тяжелые металлы
ионы фтора
сокращение от растворенных металлов
катализ с помощью переходных металлов
эти ферменты .

Защищенная функция

В аминах имеют три реактивности может быть защищена. Они являются нуклеофильными , основными и относительно кислыми для первичных и вторичных аминов . Амины могут быть защищены в форме имиды , амиды , карбаматы , имины , енамин , сульфонильный , N - сульфенильный , N - алкил или N - силильный производных и более 350 аминных защитные группы были описаны..

Алкоголь

Было разработано множество стратегий защиты от алкоголя . Эти знания особенно важны при работе с серией сахаров . Осторожно, тозил группа (ts-) не является защитной группой для спиртов , но группа позволяет их нуклеофильного замещения, создавая более уходящую группу ( рК ( паратолуолсульфокислота / тозилат) .

A = кислота, Ox = окислитель, Nu = нуклеофил

MeX / база (tBuOK)

Бык некислотный неосновной Кислота (H +, H2O)

Основание (K2CO3, MeOH) фторид-ионы HF или TBAF

Si может быть пятивалентным + объемный (Si-C: 189 мкм, CC: 153 мкм) Хрупкий нуклеофильный катализ SI-O: 530 кДж · моль-1 CO: 340 кДж · моль-1 SI-X хороший Si-F 810 кДж · моль-1 CF: 450 кДж · моль-1

трет- бутилдифенилсилил

Сильная или фторированная кислота Менее хрупкий, потому что более многолюдный

Неортогональные (выбор цены?)

или кислота Бренстеда (H2SO4)

Широко используется, потому что недорогой и простой в использовании

(2-метоксиэтокси) метиловый эфир

1,3 диоксолан 1,2 диол ⇒ кетон Ox, Nu (Красный, RM, B) Кислота Льюиса, HCl и др.

Возможность трансацетализации (побочный продукт метанола → дистилляционная колонна)

Кетон

Эта функция защищена, главным образом, добавлением диола (чаще всего этан-1,2-диола ), который позволяет образовывать кетальную функцию (> C (OR) ₂ ). Чтобы провести обратную реакцию, просто добавьте воду в кислую среду, чтобы восстановить кетоновую функцию .

Карбоновая кислота

Алкенес

Alcyne

Эти алкины могут вступать в реакцию с их тройной связью , или, в случае терминальных алкинов, в качестве кислоты Бренстеда .

Защита тройной связи может быть достигнута путем образования комплекса между алкином и октакарбонилом дикобальта . Алкин регенерируют окислением комплекса.

Защита кислотности концевых алкинов обычно осуществляется депротонированием с последующей реакцией с триметилсиланхлоридом с образованием концевого триметилсилила. Снятие защиты осуществляется гидролизом ( карбонат калия и метанол) или добавлением ионов фтора , например, с TBAF .

Могут быть использованы другие триалкилсилильные группы, такие как триэтилсилил (TES), трет- бутилдиметилсилил (TBDMS) или бензилдиметилсилил (BDMS). Когда защитная группа является достаточно объемной, тройную связь алкина можно защитить от каталитического гидрирования селективно по алкенам.

Защита концевого алкина также может осуществляться с помощью гидроксиалкила, снятие защиты может осуществляться кипячением с обратным холодильником в растворе гидроксида натрия в бензоле .

ГОСТ

Защита функциональных групп

В последние десятилетия широко используют временное блокирование (защита) функциональных групп или отдельных положений молекулы, которые могут участвовать в реакциях, планируемых проводить по другим реакционные группы или положением соединения. Методы защиты функциональных групп в органических веществах имеют важное значение в связи с тем, что используя в синтезе многофункциональные соединения, исследователи постоянно сталкиваются с необходимостью селективного использования функциональной группы. При этом постоянно возникает вопрос относительно ввода защитных групп, стабильности защиты при следующих операций и способов устранения защиты основных функциональных групп, не занимая других реакционноспособных групп.

Обычно в защите нуждаются:

$-C-H$ - связи (ацетиленовые, ароматические и алифатические)
$-N-H$ - связи и замещены аминогруппы (первичные и вторичные амины, гидразин, гидроксиламин и третичные амины)
$-O-H$ группы (спиртов, диолов, фенолов и пирокатехина)
$-COOH$ групп
$-S-H$ групп
$-C = C-$ и $-C = C-$ связей (этиленовых, диенов и ацетиленовых)
$-CHO$ и $>$ $C = O$ групп и другие.

На сегодня установлены наиболее эффективные защитные группы и хорошо изучены их сравнительные преимущества.

Защита гидроксильной группы

Примером применения защиты гидроксильной группы является окисление диолов по одной группе. Имеется в виду, что вторичную гидроксильную группу можно окислять в карбонильную и при наличии в молекуле других заместителей, например, первичной спиртовой группы. Для этого, первичную гидроксильную группу защищают превращением в трифенилметиловий эфир (тритильний защита) обработкой диола трифенил-хлорметан в присутствии основания (пиридина) при комнатной температуре. Эфир, который образовался, устойчивый в нейтральном и щелочной среде, а незащищенную вторичную спиртовую группу можно окислять диоксидом марганца. Защиту снимают при нагревании с разбавленной уксусной или соляной кислотой:

Готовые работы на аналогичную тему

Наиболее универсальным и хорошо себя зарекомендовавшим методом защиты гидроксильной группы спиртов является образование эфира в результате кислотно-катализируемого присоединения спирта к 2,3-дигидропирану:

Такой тетрагидропиранильный (ТГП) эфир инертен по отношению к нуклеофильному агенту, основанию ($RMgX$, $RLi$, $NaH$, $NaNH_2$, $RONa$ и др.), а также окислителю и восстановителю. Однако ТГП-группа чувствительна к кислотному расщеплению и удаляется в растворе соляной кислоты в метаноле:

Ниже приведен типичный пример использования защитной ТГП-группы:

Другой защитной группой является триметилсилильная группа, которая вводится с помощью $(CH_3)_3SiCl$. Эта группа легко удаляется под действием фторид-ионов:

Другие методы защиты гидроксильных групп

Применяют и другие общепринятые реакции защиты гидроксильных групп.

Синтез диметилового эфира резорцина. Реакция защиты гидроксильных групп метильными: алкилирования фенолов диметилсульфатом в щелочной среде.

Синтез гваякола. Реакция защиты: ацилирование одной гидроксильной группы бензоилхлорида; алкилирование свободной гидроксильной группы йодистым метилом; снятие защиты в щелочной среде.

Стадия 1. Синтез бензоилхлорида.

Стадия 2. Синтез пирокатехина монобензоату

Стадия 3: Синтез гваякол бензоата

Стадия 4: Гидролиз бензоата гваякол

Синтез 1,2,3,4,6-пента-$O$-ацетил-$\alpha$-$D$-глюкопиранозы. Реакция защиты: ацилирование гидроксильных групп в условиях перегруппировки $D$-глюкопиранозы в $\alpha$-форму.

Синтез 1,2,3,4,6-пента-$O$-ацетил-$\beta$-$D$-глюкопиранозы. Реакция защиты: ацилирование гидроксильных групп в условиях перегруппировки $D$-глюкопиранозы в $\beta$-форму.

Синтез 1,2,5,6-ди-$O$-циклогексилиден-$D$-глюкофуранозы. Реакция защиты: частичная защита пространственно приближенных гидроксильных групп в виде ацеталей.

Пара-толил-$N$-$\beta$-$D$-глюкопиранозид. Реакция защиты гликозидной гидроксила $D$-глюкопираноз.

Читайте также: