Schutzgruppen – Einführung

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Wenn eine Verbindung zwei funktionelle Gruppen aufweist, die mit einem bestimmten Reagenz reagieren, und Du möchtest, dass nur eine funktionelle Gruppe reagiert, dann ist es erforderlich, die andere funktionelle Gruppe vor dem Reagenz zu schützen. Eine Gruppe, die eine andere funktionelle Gruppe vor einer „synthetischen Operation“ / einem Syntheseschritt schützt, bezeichnet man als Schutzgruppe. 

Bestenfalls besitzt eine Schutzgruppe folgende Eigenschaften:

  • Sie ist leicht in das Molekül einzuführen,
  • ist dann inert dem Reagenz gegenüber, welches die geschützte Gruppe angreifen würde und
  • ist einfach zu entfernen.

Der letzte Punkt scheint zu trivial um ihn zu erwähnen – Captain Obvious zu Deiner Stelle – manchmal ist dieser Schritt allerdings alles andere als trivial. Ein triviales Beispiel: Es könnte notwendig sein einen Alkohol als Methylether/Methoxygruppe zu schützen, aber Methylether können nur mit guten Nukleophilen und unter stark sauren Bedingungen wieder entfernt werden. Amide als weiteres Beispiel lassen sich nur in 10%iger NaOH oder konz. HCl-Lösung bei 100 °C und langem Kochen (typischerweise über Nacht) wieder spalten. Das sind Bedingungen die unser Zielmolekül zerstören könnten. Daher ist es ratsam eine Schutzgruppe mit Achillesferse zu benutzen. Soll heißen ich suche mir eine Schutzgruppe, die leicht unter „milden“ Bedingungen entfernt werden kann und deren Entfernung bestenfalls sich selbst vorantreibt (wie bei den Carbamaten – aber dazu später mehr).

Einige Schutzgruppen und ihre Eigenschaften zu kennen ist wichtig, um später erfolgreich retrosynthetische Überlegungen durchführen zu können.

Schutzgruppen für Amine

Amine können als Carbamate (häufiger Urethane genannt) geschützt werden. Bekannte Schutzgruppen sind da zum Beispiel die Boc-(t-Butyloxycarbonyl) und die CBz(Carboxybenzyl)-Schutzgruppe. Der Hauptunterschied beider Gruppen besteht tatsächlich darin, wie sie entfernt werden, wie also die geschützte Gruppe „entschützt“ wird. Wenn Du ein komplexes Molekül mit mehreren Schutzgruppen hast, ist die Wahl zwischen den beiden entscheidend. (Und Hey! Genau um diese Wahl geht es in OC3! Yeah!) 

Die Boc-Gruppe wird normalerweise mit „Boc2O“ (manchmal als „Boc-Anhydrid“ bezeichnet) in das Molekül eingebracht und unter sauren Bedingungen wieder entfernt. Die übliche Wahl ist „reine“ (d. H. unverdünnte) Trifluoressigsäure (TFA), welche die Boc-Gruppen sehr sauber abspaltet und dabei CO2 und tert.-Butylalkohol freisetzt. Ein weiterer Vorteil: Die Flourid-Ionen greifen Kohlenstoff nur selten an.

Die Cbz-Schutzgruppe (manchmal auch nur mit „Z“ abgekürzt) kann mit CbzCl und milder Base in das Molekül eingeführt werden und wird normalerweise durch katalytische Hydrierung (Pd-C/H2) wieder entfernt. Die Bedingungen dabei sind äußerst mild, die Reaktion kann bei einem neutralen pH-Wert durchgeführt werden, sodass säure- oder basensenlabile funktionelle Gruppen erhalten bleiben.

Die Triebkraft der Abspaltung der Carbamat-Schutzgruppen ist die Bildung des stabilen Kohlenstoffdioxid-Moleküls. Die unterschiedlichen Reste auf der anderen Seite der Carbamatgruppe ermöglichen die verschiedenen Spaltungsmöglichkeiten.

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Einzelnachweise

P. Knochel; G. A. Molander: Comprehensive Organic Synthesis. 2. Aufl. London: Elsevier, 2014. ISBN 978-0-080-97743-0, S. 1-9806