1. はじめに
一般的なベンジル系保護基には、主に
ベンジル、4-メトキシベンジル(PMB)、2,4-ジメトキシベンジル(DMB)(式1)が含まれます。この一連の保護基は、通常、アルカリ性条件下または求核剤存在下で比較的安定です。これらの保護基の導入方法は基本的に同様ですが、除去方法は多様で、主に酸性環境下での接触水素化分解、酸化、脱保護などが挙げられます。
(1)
2. 導入方法
ベンジル保護基を導入する最も一般的な方法は、アルカリ条件下で対応するハロゲン化物と反応させることです(式2)。あるいは、対応するアルデヒドをアミノ基と反応させてイミンを形成し、これをNaBH4やNaBH(OAc)3などの還元剤存在下で還元アミノ化させることで、対応するベンジル保護基を持つ生成物(式3)が得られます。
(2)
(3)
3. 除去方法
ベンジル基を除去する方法は数多くありますが、主に還元的脱ベンジル化、酸化的脱ベンジル化、酸性脱ベンジル化、アルカリ性脱ベンジル化などがあります。これらの方法にはそれぞれ適用可能なシナリオや長所と短所があります。これらは以下のように分類して紹介します。
1. 還元的脱ベンジル化:還元的脱ベンジル化には、主に接触水素化と移動水素化が含まれます。両者の主な違いは水素源の違いです。接触水素化では水素ガスを水素源として使用しますが、後者ではギ酸アンモニウム、シクロヘキセンなどの化合物を水素源として使用します。一般的に使用される触媒には、Pd / CとPd(OH)2 / Cがあります。さらに、金属マグネシウムと亜鉛も脱ベンジル化用に開発されています。
(1)接触水素化:
接触水素化は、最も一般的に使用される脱ベンジル化方法の1つです(式4)。反応条件が穏やかで、システムがクリーンで、収率が高いという利点があるものの、選択性が低く、還元されやすい基質に対しては不要な副反応を引き起こしやすいという欠点があります。また、脱ベンジル化反応において、酸性溶媒の使用や強酸の添加はアミンのプロトン化を促進し、脱ベンジル化後のアミン化合物が触媒の活性部位と相互作用して触媒の活性を阻害するのを防ぐ可能性があります。
(4)
複数の親水性基を有する低分子化合物や有機アミンの場合、安定性と水溶性の問題により、脱ベンジル化収率が低くなることがよくあります。ポリ塩化アルカンを系に導入することで、脱ベンジル化速度を大幅に加速し、脱ベンジル化と塩形成をワンポットで実現できます。
(5)
さらに、Pd/C触媒とPd(OH)2/C触媒を混合することで、単独触媒では達成できない効果が得られ、より効果的な触媒効果を示す。
(2)移動水素化:
移動水素化は、接触水素化の代替法である。加圧装置を必要とせず、操作も容易である。しかし、水素供与体の導入により、生成物の精製に問題が生じる可能性がある。水素源として用いられる試薬には、ギ酸、ギ酸アンモニウム、シクロヘキセン、1,4-シクロヘキサジエンなどがある。異なる水素源は、脱水素生成物の組成に影響を与える。例えば、1,4-シクロヘキサジエンを水素源として使用すると、N-、O-ベンジル基含有基質中のN-ベンジル基を選択的に除去することができる(式6)。
(6)
さらに、マグネシウムや亜鉛といった安価な金属も、移動水素化脱ベンジル化の触媒として用いることができます。例えば、マグネシウムとギ酸アンモニウムは、N-、O-、S-ベンジル基を効率的に除去しますが、Boc基、ハロゲン、カルボキシル基などの置換基は影響を受けません(式7)。この方法は、パラジウム触媒の高コストと自然発火を回避し、脱ベンジル化における経済的かつ環境に優しい代替手段となる可能性があります。
(7)
2. 酸化的脱ベンジル化:酸化的脱ベンジル化は、穏やかで選択性の高い方法です。一般的に使用される酸化剤としては、CAN(硝酸セリウムアンモニウム)とDDQ(2,3-ジクロロ-5,6-ジシアノベンゾキノン)が挙げられます。CANは不飽和結合に対してある程度の化学的不活性を示し、選択的な脱ベンジル化を可能にします。DDQ
とCANは脱ベンジル化の選択性において異なります(式8)。前者は通常、PMBなどの電子供与性基を含むベンジル基を優先的に除去しますが、後者は通常、非置換ベンジル基を優先的に除去します。CANは第三級アミンに対しても優れた脱ベンジル化効率を示しますが、第二級アミンに対しては化学的に不活性です。そのため、ポリベンジル基質では、CANは通常、単一のベンジル基のみを除去します。
(8)
O2/t-BuOK、I2/Cs2CO3、DIAD、Oxoneなどの酸化システムはいずれもベンジル基の除去を達成できる。中でも、I2/Cs2CO3システムは、二級アミンのベンジル基を選択的に除去しつつ、三級アミンのベンジル基を保持することができる(式9)。DIADは、N-ベンジル基を選択的に除去しつつ、O-ベンジル基を安定に保持することができる。
(9)
3. 酸性脱ベンジル化:
酸性脱ベンジル化も迅速かつ簡便な脱ベンジル化法ですが、この方法では基質が酸性環境に対してある程度の耐性を持つことが求められます。一般的に用いられる酸分解試薬には、トリフルオロ酢酸(TFA)、トリフルオロメタンスルホン酸(TfOH)、p-トルエンスルホン酸(p-TsOH)などがあり、これらは通常、電子供与性基(PMB、DMBなど)を含むベンジル基の除去に用いられます(式10)。
(10)
4. アルカリ脱ベンジル化は
触媒水素化分解の代替法としてしばしば用いられ、N-アシル-N-ベンジル誘導体、芳香族複素環化合物、その他の化合物(式11)の脱ベンジル化に効果的である。使用される試薬としては、アルキルリチウム試薬(MeLiなど)、Na/NH3(l)、LiAlH4などが挙げられる。
(11)
5. その他の方法:
上記の一般的な脱ベンジル化法に加えて、酵素触媒、ニトロリシス、グリニャール試薬、NBS/AIBNなど、特定の状況下では効率的な脱ベンジル化を達成し、従来の脱ベンジル化法を補完する多くの脱ベンジル化法があります。これらの方法についてはここでは詳しく説明しません。
まとめると、前述の各脱ベンジル化法にはそれぞれ長所と短所があり、適切な状況があります。複雑な有機合成反応では、特定の反応基質の構造特性に基づいて適切な脱ベンジル化戦略を選択する必要があります。
参考文献:
[1] Liu Qiaozhen, Jiang Fuxiang, Wang Guo, Chen Heru. Efficient Removal of benzyl protected groups from niton-including sugars by Pd/C catalytic hydrogenation[J]. Journal of Jinan University (Natural Science Edition), 2013, 34, 319-323.
[2] Zhou Guangwei, Zhang Lizhu, Xue Yahan, Li Jiarong. N-ベンジル除去に関する研究の進歩[J]. Organic Chemistry, 2019, 39,2428-2442.
[3] Guo Yanhao, Hao Qinghui, Hao Siyuan, et al. 化学製品中のアミノ基の保護と脱保護[J]. Coal and Chemical Industry, 2022, 45, 106-112.
[4] Park, JD; Kim, DH カルボキシペプチダーゼA阻害剤としてのシステイン誘導体:合成および構造活性相関[J]. J. Med. Chem., 2002, 45, 911-918.
[5] Dai Yunsheng, Dong Shouan, Pan Zaifu, Chen Jialin. Pd/C触媒によるベンジル基の接触水素化分解の研究と応用[J]. Industrial Catalysis, 2011, 19, 7-10.
[6] Babu, SNN; Srinivasa, GR; Santhosh, DC; Gowda, DC マグネシウムおよびアンモニウムホルマートによるN-ベンジル基の水素化分解[J]. J. Chem. Res., 2004, 1.