10.8: アルコールの保護

このレッスンでは、有機合成化学の基礎となる官能基の保護と脱保護の概念を詳しく掘り下げます。 これらの現象は、脂肪族アルコールと芳香族アルコールの文脈で説明されます。

保護

これは、より反応性の高い種を特定の一連の条件に対して不活性にするためのマスキング剤として保護基を定義します。 この概念は、パイプのアセンブリ内のさまざまな出口を通る液体の流れの図によって表されます。 この類似性は、競合する酸性アルコール基の存在下でのハロゲン化物の有機リチウムアルキル化の場合のように、反応選択性における保護基の役割を理解するのに役立ちます。 この例では、アルコール基の保護がハロゲン化物のアルキル化にどのように役立つかを示します。 アルコールの一般的な保護基には、求核剤または炭素および窒素塩基のトリアルキルシリル グループと、強塩基のテトラヒドロピラニル (THP) 基が含まれます。 前者の例では、トリアルキルシリル誘導体のハロゲン化物が求核触媒の存在下でアルコールと反応してトリアルキルシリルエーテルが生成される。

脱保護

すべての保護は、意図した反応の後に脱保護が続きます。 保護を解除すると、システムがネイティブの状態に戻ります。 トリアルキルシリル基による保護では、有機溶媒に可溶なフッ化テトラ-n-ブチルアンモニウム (TBAF) などのフッ化物塩を使用して脱保護が行われます。 ここで、酸素の再プロトン化により天然のアルコールが再生されます。 THP による保護の場合、脱保護は酸加水分解を使用して達成されます。

設計原理

このレッスンでは、さまざまな外部気象条件の下での家のイラストを使用して、保護基の設計の背後にある原則も説明します。 これは、特定の環境において保護基によってもたらされる選択性を示します。 たとえば、THP はアルコールを強塩基から保護します。 この場合に形成されるアセタールは塩基に対しては安定ですが、酸加水分解を受けやすいです。

反応条件とは別に、保護される分子の反応性も適切な保護基の設計において重要な役割を果たします。 たとえば、メチルエーテルのフェノールを保護する能力は、脂肪族アルコールには不適切であることがわかっています。 ここで、脱保護中の対応する脱離基の安定性が重要な役割を果たします。 例えば、アルコキシドは、フェノキシドとは異なり、臭化水素による脱保護には脱離基としては不十分です。

次の表は、さまざまな種類のアルコールおよび関連する条件のさまざまな保護/脱保護基をまとめたものです。

保護基	構造	守る	から	保護	脱保護
トリアルキルシリル (R_3Si-)、 e.g., 例:TBDMS	Me_3Si–OR (Me_3C)Me_2Si–OR	アルコール (OH全般)	求核試薬、 CまたはN塩基bases	R_3SiCl、 base	基 H^+、H_2O、 または F−
テトラヒドロピラニル (THP)Figure1		アルコール (OH全般)	強塩基	3,4-ジヒドロピラン、 H^+	H^+、H_2O
ベンジルエーテル (OBn)		アルコール		(OH全般)	ほとんど全て	NaH、BnBr	H_2、Pd/C、 またはHBr
メチルエーテル (ArOMe)		フェノール類 (ArOH)	拠点	NaH、MeI、 または (MeO)_2SO_2	BBr3、HBr、HI、 Me_3SiI

有機化合物は、多くの場合、複数の官能基を含んでいます。このような分子では、保護基により、より反応性の高い基が特定の条件セットに対して不活性になります。

類似の図は、複数の開口部を持つパイプです。液体は重力のために最も低い出口から流れ出します。ただし、キャップを使用して下部の出口を塞ぐと、上部の出口から液体を得ることができます。

例えば、アルコール存在下でのハロゲン化物の有機リチウムアルキル化は、ヒドロキシル基の酸性度のために起こりません。しかし、アルコールを保護することで、ハロゲン化物のアルキル化が可能になります。

保護基を設計する際の基本原則は、ある一連の条件に対する安定性と、別の条件に対する感受性です。例えば、テトラヒドロピラニル基は、強塩基からのアルコールの一般的な保護基です。形成されたアセタールはこのような条件下で安定していますが、酸の加水分解を受けやすいです。

意図した反応の後、システムを本来の状態に戻すためには、パイプを損傷することなくキャップを簡単に取り外すことも必要です。保護グループを削除するこのプロセスは、保護解除と呼ばれます。

求核剤や炭素・窒素塩基由来のアルコールに対する一般的な保護基には、トリアルキルシリルファミリーがあります。ここでは、トリアルキルシリル誘導体がイミダゾールのような弱塩基の存在下でアルコールと相互作用し、これが求核触媒として反応してトリアルキルシリルエーテルを生成します。

次に、これらのトリアルキルシリル基は、フッ化テトラ-n-ブチルアンモニウム、またはTBAFなどの有機溶媒に可溶なフッ化物塩を使用してアルコールから除去されます。その結果、酸素の再プロトン化により、天然のアルコールが再生されます。

反応条件に加えて、適切な保護基を特定する際には、保護する分子の反応性を考慮する必要があります。

例えば、アルコール類の中では、メチルエーテルはフェノール類のみの保護基として適していますが、フェノキシドは脱保護条件下で良好な脱離基であるのに対し、アルコキシドはこれらの条件下での脱離基が乏しいためです。