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.
Применение так называемой «защиты» включает три стадии: 1) образование инертного производного, 2) выполнение требуемого превращения с другой функциональной группой и 3) снятие защитной группы.
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:
Рисунок 1.
Наиболее универсальным и хорошо себя зарекомендовавшим методом защиты гидроксильной группы спиртов является образование эфира в результате кислотно-катализируемого присоединения спирта к 2,3-дигидропирану:
Рисунок 2.
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:
Рисунок 3.
Ниже приведен типичный пример использования защитной ТГП-группы:
Рисунок 4.
Другой защитной группой является триметилсилильная группа, которая вводится с помощью $(CH_3)_3SiCl$. Эта группа легко удаляется под действием фторид-ионов:
Рисунок 5.
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.
Рисунок 6.
Синтез гваякола. Реакция защиты: ацилирование одной гидроксильной группы бензоилхлорида; алкилирование свободной гидроксильной группы йодистым метилом; снятие защиты в щелочной среде.
Стадия 1. Синтез бензоилхлорида.
Рисунок 7.
Стадия 2. Синтез пирокатехина монобензоату
Рисунок 8.
Стадия 3: Синтез гваякол бензоата
Рисунок 9.
Стадия 4: Гидролиз бензоата гваякол
Рисунок 10.
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.
Рисунок 11.
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.
Рисунок 12.
Синтез 1,2,5,6-ди-$O$-циклогексилиден-$D$-глюкофуранозы. Реакция защиты: частичная защита пространственно приближенных гидроксильных групп в виде ацеталей.
Рисунок 13.
Пара-толил-$N$-$\beta$-$D$-глюкопиранозид. Реакция защиты гликозидной гидроксила $D$-глюкопираноз.
Рисунок 14.
