10.8: 알코올 보호

이 강의에서는 합성 유기화학의 기본이 되는 작용기의 보호 및 탈보호 개념을 탐구합니다. 이러한 현상은 지방족 및 방향족 알코올의 맥락에서 설명됩니다.

보호

이는 보호기을 주어진 조건 세트에 대해 보다 반응성이 높은 종을 불활성으로 만드는 마스킹제로 정의합니다. 이 개념은 파이프 조립체의 다양한 배출구를 통한 액체 흐름의 그림을 통해 설명됩니다. 이 비유는 경쟁하는 산성 알코올 그룹이 있을 때 할로겐화물의 유기리튬 알킬화의 경우처럼 반응 선택성에서 보호기의 역할을 이해하는 데 도움이 됩니다. 이 예는 알코올 그룹의 보호가 할로겐화물의 알킬화를 달성하는 데 어떻게 도움이 되는지 보여줍니다. 알코올에 대한 인기 있는 보호기에는 친핵체 또는 탄소 및 질소 염기에 대한 트리알킬실릴 계열과 강염기에 대한 테트라하이드로피라닐(THP) 그룹이 포함됩니다. 전자의 예에서, 트리알킬실릴 유도체의 할라이드는 친핵성 촉매 존재 하에 알코올과 반응하여 트리알킬실릴 에테르를 생성합니다.

탈보호

모든 보호 뒤에는 의도된 반응 후에 탈보호가 이어집니다. 탈보호는 시스템을 기본 상태로 복원합니다. 트리알킬실릴 그룹으로 보호할 때, 탈보호는 유기 용매에 용해되는 테트라-n-부틸암모늄 플루오라이드(TBAF)와 같은 플루오라이드 염을 사용하여 달성됩니다. 여기서 산소의 재양성자화는 천연 알코올을 재생합니다. THP로 보호하는 경우 산 가수분해를 사용하여 탈보호가 이루어집니다.

디자인의 원리

또한 이 수업에서는 다양한 외부 기상 조건 하에 있는 집의 그림을 사용하여 보호기 설계 뒤에 숨은 원리를 설명합니다. 이는 특정 환경에서 보호 그룹이 제공하는 선택성을 보여줍니다. 예를 들어, THP는 알코올을 강염기로부터 보호합니다. 이 경우 형성된 아세탈은 염기에 대해서는 안정적이지만 산 가수분해에는 취약합니다.

반응 조건 외에도 보호할 분자의 반응성도 적절한 보호기를 설계하는 데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 페놀을 보호하는 메틸 에테르의 능력은 지방족 알코올에는 부적합한 것으로 나타났습니다. 여기서, 탈보호 동안 해당 이탈기의 안정성이 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 알콕사이드는 페녹사이드와 달리 브롬화수소로 보호막을 제거할 수 있는 이탈기가 약합니다.

다음 표에는 다양한 유형의 알코올 및 관련 상태에 대한 다양한 보호/탈보호 그룹이 요약되어 있습니다.

보호기	구조	보호	소스	보호	탈보호
트리알킬실릴(R_3Si-), 예: TBDMS	Me_3Si–OR (Me_3C)Me_2Si–OR	알코올 (오 일반적으로)	친핵체, C 또는 N 염기	R_3SiCl, 베이스	H^+, H_2O, 또는 F-
테트라하이드로피라닐 (THP)		알코올 (일반적으로 OH)	강한 기초	3,4-디하이드로피란, H+	H+, H2O
벤질에테르 (OBn)		알코올 (일반적으로 OH)	거의 대부분	NaH, BnBr	H2, Pd/C, 또는 HBr
메틸에테르 (ArOMe)		페놀 (ArOH)	기지	NaH, MeI 또는 (MeO)2SO2	BBr3, HBr, HI, Me3SiI

유기 화합물은 종종 하나 이상의 작용기를 포함합니다. 이러한 분자에서 보호 그룹은 더 반응성이 높은 그룹을 주어진 조건 세트에 대해 불활성으로 만듭니다.

유사한 그림은 여러 개의 개구부가 있는 파이프입니다. 액체는 중력 때문에 가장 낮은 배출구를 통해 흘러 나옵니다. 그러나 캡을 사용하여 아래쪽 배출구를 막으면 더 높은 배출구에서 액체를 얻을 수 있습니다.

예를 들어, 알코올이 있는 상태에서 할로겐화물의 유기리튬 알킬화는 하이드록실기의 산성으로 인해 발생하지 않습니다. 그러나 알코올을 보호하면 할로겐화물의 알킬화가 가능합니다.

보호 그룹을 설계할 때 기본 원칙은 한 가지 조건 집합에 대한 안정성과 다른 조건 집합에 대한 민감성입니다. 예를 들어, 테트라히드로피라닐기는 강염기로부터 알코올을 보호하는 일반적인 그룹입니다. 형성된 아세탈은 이러한 조건에서 안정적이지만 산 가수분해에 취약합니다.

의도한 반응 후 파이프를 손상시키지 않고 캡을 쉽게 제거하여 시스템을 원래 상태로 되돌려 놓는 것도 필요합니다. 이러한 보호 그룹을 제거하는 프로세스를 보호 해제라고 합니다.

친핵성 또는 탄소 및 질소 염기로부터 알코올을 보호하기 위한 인기 있는 보호 그룹에는 trialkylsilyl 계열이 포함됩니다. 여기서 트라이얼킬실릴 유도체는 친핵성 촉매로 반응하여 트리알킬실릴 에테르를 생성하는 이미다졸과 같은 약한 염기가 있는 상태에서 알코올과 상호 작용합니다.

그런 다음 이러한 트리알킬실릴기는 테트라-n-부틸암모늄 플루오라이드(TBAF)와 같은 유기 용매에 용해되는 불소염을 사용하여 알코올에서 제거됩니다. 결과적으로, 산소의 재양성자화는 천연 알코올을 재생합니다.

반응 조건 외에도 적절한 보호 그룹을 식별할 때 보호할 분자의 반응성을 고려해야 합니다.

예를 들어, 알코올 중에서 메틸 에테르는 페놀에 대해서만 적절한 보호 그룹인데, 그 이유는 페녹사이드는 탈보호 조건 하에서 그룹을 떠나는 양호한 반면, 알콕사이드는 이러한 조건 하에서 그룹을 떠나는 양호하기 때문입니다.