10.8: Schutz von Alkoholen

Diese Lektion befasst sich mit dem Konzept des Schutzes und der Entschützung einer funktionellen Gruppe, die für die synthetische organische Chemie von grundlegender Bedeutung ist. Diese Phänomene werden im Zusammenhang mit aliphatischen und aromatischen Alkoholen erklärt.

Schutz

Er definiert eine Schutzgruppe als Maskierungsmittel, das die reaktivere Spezies unter bestimmten Bedingungen inert macht. Dieses Konzept wird anhand der Illustration eines Flüssigkeitsstroms durch verschiedene Auslässe in einem Rohrsystem veranschaulicht. Die Analogie hilft, die Rolle einer Schutzgruppe bei der Reaktionsselektivität zu verstehen, wie im Fall der Organolithiumalkylierung eines Halogenids in Gegenwart einer konkurrierenden sauren Alkoholgruppe. Das Beispiel zeigt, wie der Schutz der Alkoholgruppe dazu beiträgt, die Alkylierung des Halogenids zu erreichen. Beliebte Schutzgruppen für Alkohole sind die Trialkylsilylgruppe für Nucleophile oder Kohlenstoff- und Stickstoffbasen und die Tetrahydropyranylgruppe (THP) für starke Basen. Im ersten Beispiel reagiert das Halogenid des Trialkylsilylderivats mit dem Alkohol in Gegenwart eines nukleophilen Katalysators unter Bildung eines Trialkylsilylethers.

Entschützung

Auf jeden Schutz folgt nach der beabsichtigten Reaktion eine Entschützung. Durch die Entschützung wird das System in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzt. Beim Schutz mit Trialkylsilylgruppen wird die Entschützung mit Fluoridsalzen wie Tetra-n-butylammoniumfluorid (TBAF) durchgeführt, die in organischen Lösungsmitteln löslich sind. Dabei wird durch die Re-Protonierung des Sauerstoffs der native Alkohol regeneriert. Im Falle des Schutzes mit THP wird die Entschützung durch saure Hydrolyse erreicht.

Prinzip der Konstruktion

Die Lektion erläutert auch die Prinzipien, die hinter der Konstruktion einer Schutzgruppe stehen, anhand der Illustration eines Hauses unter verschiedenen äußeren Wetterbedingungen. Sie demonstriert die Selektivität einer Schutzgruppe in einer bestimmten Umgebung. Zum Beispiel schützt THP Alkohol vor starken Basen. Das gebildete Acetal ist in diesem Fall stabil gegenüber Basen, aber anfällig für saure Hydrolyse.

Neben den Reaktionsbedingungen spielt auch die Reaktivität des zu schützenden Moleküls eine wichtige Rolle bei der Entwicklung einer geeigneten Schutzgruppe. So ist beispielsweise die Fähigkeit von Methylethern, Phenole zu schützen, für aliphatische Alkohole ungeeignet. Hier spielt die Stabilität der entsprechenden Abgangsgruppen während der Entschützung eine entscheidende Rolle. So sind beispielsweise die Alkoxide im Gegensatz zu den Phenoxiden schlechte Abgangsgruppen für die Entschützung mit Bromwasserstoff.

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die verschiedenen Schutz-/Entschützungsgruppen für verschiedene Arten von Alkoholen und die entsprechenden Bedingungen:

Schutzgruppe	Struktur	Schützt	Aus	Schutz	Entschützung
Trialkylsilyl (R3Si–), e.g., TBDMS	Me3Si–OR (Me3C)Me2Si–OR	Alkohole (OH im Allgemeinen)	Nucleophiles, C or N bases	R3SiCl, base	H+, H2O, oder F−−
Tetrahydropyranyl (THP)		Alkohole (OH im Allgemeinen)	Starke Grundlagen	3,4-Dihydropyran, H+	H+, H2O
Benzylether (OBn)		Alkohole (OH im Allgemeinen)	Beinahe alles	NaH, BnBr	H2, Pd/C, oder HBr
Methylether (ArOMe)		Phenole (ArOH)	Basen	NaH, MeI oder (MeO)2SO2	BBr3, HBr, HI, Me3SiI

Organische Verbindungen enthalten oft mehr als eine funktionelle Gruppe. In solchen Molekülen macht eine Schutzgruppe die reaktivere Gruppe gegenüber einer bestimmten Reihe von Bedingungen inert

Eine analoge Illustration ist ein Rohr mit mehreren Öffnungen. Eine Flüssigkeit würde aufgrund der Schwerkraft durch den untersten Auslass fließen. Durch die Verwendung einer Kappe zum Blockieren des unteren Auslasses kann die Flüssigkeit jedoch aus dem oberen Auslass entnommen werden.

Zum Beispiel tritt die Organolithiumalkylierung eines Halogenids in Gegenwart von Alkohol aufgrund des Säuregehalts der Hydroxylgruppe nicht auf. Der Schutz des Alkohols ermöglicht jedoch die Alkylierung des Halogenids.

Bei der Entwicklung einer Schutzgruppe ist das Grundprinzip ihre Stabilität gegenüber einer Reihe von Bedingungen und ihre Anfälligkeit für eine andere. Zum Beispiel ist die Tetrahydropyranylgruppe eine häufige Schutzgruppe für Alkohole aus starken Basen. Während das gebildete Acetal unter solchen Bedingungen stabil ist, ist es anfällig für saure Hydrolyse.

Nach der beabsichtigten Reaktion ist auch ein einfaches Entfernen der Kappe ohne Beschädigung des Rohrs erforderlich, um das System wieder in seinen ursprünglichen Zustand zu versetzen. Dieser Vorgang des Entfernens der Schutzgruppe wird als Schutzaufhebung bezeichnet.

Zu den beliebten Schutzgruppen für Alkohole vor Nukleophilen oder Kohlenstoff- und Stickstoffbasen gehört die Familie der Trialkylsilyle. Hier interagiert ein Trialkylsilylderivat mit dem Alkohol in Gegenwart einer schwachen Base wie Imidazol, die als nukleophiler Katalysator reagiert, um einen Trialkylsilylether zu erzeugen.

Diese Trialkylsilylgruppen werden dann mit Hilfe von Fluoridsalzen, die in organischen Lösungsmitteln löslich sind, wie Tetra-n-Butylammoniumfluorid oder TBAF, aus Alkoholen entfernt. Folglich regeneriert die Re-Protonation des Sauerstoffs den nativen Alkohol.

Neben den Reaktionsbedingungen muss bei der Identifizierung einer geeigneten Schutzgruppe auch die Reaktivität des zu schützenden Moleküls berücksichtigt werden.

Unter den Alkoholen sind z. B. Methylether nur für Phenole geeignete Schutzgruppen, da Phenoxide unter den Entschützungsbedingungen gute Abgangsgruppen sind, während Alkoxide unter diesen Bedingungen schlechte Abgangsgruppen sind.