いくつかの一般的なアミノ基のアルキル保護基の導入と除去

アルコキシカルボニル保護基は、最も一般的に使用されるタイプのアミノ保護基です。この記事では、以下の一般的なアルコキシカルボニルアミノ保護基の保護および脱保護方法について簡単に紹介します。これらの一般的な保護基には、ベンジルオキシカルボニル (Cbz)、tert-ブトキシカルボニル (Boc)、メトキシカルボニル (Fmoc)、アリルオキシカルボニル (Alloc)、トリメチルシリルエトキシカルボニル (Teoc)、2,2,2-トリクロロエトキシカルボニル (Troc) などがあります。

1. ベンジルオキシカルボニル（Cbz）保護基

1.1 ベンジルオキシカルボニル（Cbz）の導入

N-ベンジルオキシカルボニルアミノ化合物は、トリエチルアミン、ピリジン、重炭酸ナトリウムなどの塩基性条件下で、Cbz-Cl または Cbz-OSu および遊離アミノ基と容易に反応します。 Cbz-Cl の反応性は Cbz-OSu よりも高く、反応は通常ジクロロメタンなどの非プロトン性有機溶媒中で行われます。アミノ基の求核性はヒドロキシル基よりも大きいため、プロトン性溶媒を使用する必要がある場合があります。また、Cbz-ONB（4-O2NC6H4OCOOBn）などの弱活性ベンジルオキシカルボニル活性エステルもベンジルオキシカルボニルの導入試薬として使用できます。この試薬により、第一級アミンは第二級アミンよりも保護されやすくなります。アニリンは求核性がないため、この試薬は反応しません。

保護されたベースインスタンスの導入:

1.2 ベンジルオキシカルボニル（Cbz）の除去

ベンジルオキシカルボニルの除去にはいくつかの方法があります：1) 接触水素化分解。 2) 強酸分解（HBr、TMSI） 3) Na/NH3（液体）還元。実験室で一般的かつ簡潔な方法は、接触水素化分解です。分子内に触媒水素化分解に敏感な基（ベンジルエーテル、オレフィンなど）や触媒を不動態化する基（チオエーテルなど）がある場合、HBrの酸分解やNa/NH3（液体）還元などの化学的方法を使用する必要があります。

接触水素化分解は最も一般的に使用され、最も穏やかな脱保護方法であり、常温常圧での水素化によって完了できます。反応の水素供与体としては、水素、シクロヘキサジエン、1,4-シクロヘキサジエン、ギ酸アンモニウム、ギ酸などが挙げられます。後者の4つの試薬を水素供与体として使用する反応は、接触水素化反応とも呼ばれます。 Boc2O の存在下で Pd/C を用いて水素化を行うと、遊離したアミンは直接 Boc 誘導体に変換されます。さらに、このタイプの反応は、主に水素化分解によって生成されたアミンが貴金属触媒と特定の錯体を形成することが多く、それが触媒の活性を低下させるため、Boc2O を使用しない場合よりも速くなることがよくあります。アミドとしての Boc2O との反応により、この効果は除去されます。さらに、水素化分解中に適切な酸を添加すると、同じ理由で反応が促進されることもあります。プロトン化されたアミンは触媒との錯形成を回避できるため、反応速度が速まります。

接触水素化触媒では主に 5～10% パラジウム炭素、10～20% 水酸化パラジウム炭素、またはパラジウムポリエチレンイミンが使用されますが、パラジウムポリエチレンイミン/ギ酸は Cbz を除去するのに前者 2 つよりも優れています。さらに、分子内にハロゲン原子（Cl、Br、I）が存在する場合、Pd/Cを直接使用すると、通常、脱ハロゲン化が起こります。この場合、触媒としてPdCl2が使用され、溶媒として酢酸エチルまたはジクロロメタンが使用されます。脱ハロゲン化の発生をより適切に回避できます。

さらに、HBr/HOAc が Cbz 基を脱保護すると、分解によりベンジル基のカルボカチオンが生成されます。分子内にカルボカチオンを捕捉する基（活性化ベンゼン環など）があれば、それに応じた副生成物が得られます。

脱保護の例:

ハロゲン化物存在下でのPdCl2の触媒的脱保護

化合物1（900 mg）の塩化メチレン（16.5 ml）溶液にPdCl2（30 mg）とトリエチルアミン（0.229 ml）を加えた。トリエチルシラン（2 x 0.395 ml）を2時間かけて加えた。反応混合物を1時間撹拌し、トリフルオロ酢酸2mlを加えた。 30 分後、反応物を 2 N NaOH で塩基性化し、塩化メチレンで抽出し、MgSO4 で乾燥させ、濾過し、濃縮した。クロマトグラフィーを0.5% NH4OHを含む3-5% MeOH/CH2Cl2で実行し、化合物2を油状物として得た（501 mg、74%）。

2. tert-ブトキシカルボニル（Boc）保護基

Cbz 保護基に加えて、tert-ブトキシカルボニル (Boc) もペプチド合成で広く使用されているアミノ保護基です。特に固相合成では、アミノ基の保護に Cbz の代わりに Boc がよく使用されます。 Boc には、酸分解によって除去されやすいが、酸性が弱い場合には安定しているという利点があります。酸分解中に生成されるのは、tert-ブチルカチオンがイソブチレンに分解されることであり、通常は副反応は起こりません。ヒドラジン分解および多くの求核剤に対して安定です。 Boc は触媒水素化分解に対して安定していますが、Cbz よりも酸に対してはるかに敏感です。 Boc と Cbz が同時に存在する場合、Cbz は接触水素化分解によって除去でき、Boc は変化しないまま、または Cbz に影響を与えずに Boc を酸溶液で除去できるため、この 2 つをうまく組み合わせて使用​​できます。

2.1 tert-ブトキシカルボニル（Boc）の導入

遊離アミノ基は、NaOH または NaHCO3 によって制御された塩基性条件下で、ジオキサンと水の混合溶媒中で Boc2O と容易に反応し、Boc 保護アミンを得ることができます。これは Boc を導入する一般的な方法の 1 つであり、副産物が邪魔にならず、簡単に除去できるという利点があります。場合によっては、求核性の高いアミンの中には、他の塩基を使用せずにメタノール中の Boc 無水物と直接反応させることができるものもあり、処理が便利です。水に敏感なアミノ誘導体の場合は、40〜50°C で Boc2O/TEA/MeOH または DMF を使用することをお勧めします。活性が弱いアミノ基の場合、反応速度を触媒するために DMAP を添加することができます。

保護されたベースインスタンスの導入:

2.2 tert-ブトキシカルボニル（Boc）の除去

Boc は Cbz よりも酸に敏感で、酸加水分解生成物はイソブテンと CO2 です (下の式を参照)。液相ペプチドの合成では、TFA または 50% TFA (TFA:CH2Cl2 = 1:1、v/v) を使用して Boc を除去できます。 TBDPS および TBDMS 塩基は、Boc 除去プロセスで希釈した 10 ～ 20% TFA を使用すると比較的安定します。さらに、TBSOTf/2.6-ルチジンまたはZnBr2/CH2Cl2の組み合わせなどの中性条件でもBOCを非常によく除去でき、一部の酸に敏感な官能基も保持できます。 BOC は主に酸性条件下で除去されますが、塩基性が弱いアミノ基上の BOC はアルカリ条件下でも除去できます。

分子内に酸性条件下で副生成物のtert-ブチルカルボカチオンと反応できる官能基がある場合、tert-ブチルカルボカチオンを除去するためにチオフェノール（チオフェノールなど）を添加する必要があり、これによりチオール（エーテル、フェノール）（メチオニン、トリプトファンなど）やその他の電子豊富な芳香族環（インドール、チオフェン、ピラゾール、フラン、ポリフェノール、ヒドロキシル置換ベンゼンなど）を防ぐことができます。アニソール、チオアニソール、チオクレゾール、クレゾール、ジメチルスルフィドなどの他のスカベンジャーも使用できます。

脱保護の例:

3. ワットメトキシカルボニル（Fmoc）保護基

Fmoc 保護基の主な利点は、酸に対して極めて安定しており、その存在下で Boc 基とベンジル基を脱保護できることです。 Fmoc の脱保護後、アミンは遊離塩基として放出されます。一般に、Fmoc は水素化に対して安定していますが、場合によっては AcOH および MeOH 中の H2/Pd-C によって除去できます。同社の以前のツイートでは、Fmoc保護基の導入と除去について具体的に詳しく説明されていた。興味のある方は過去のツイートを再度参照してください。

3.1 Watメトキシカルボニル（Fmoc）の導入

Fmoc で保護されたアミノ基は、ピリジンや NaHCO3 などの弱塩基条件下で Fmoc-Cl と Fmoc-OSu をアミノ基と反応させることによって得られます。 （トリエチルアミンなどの強塩基は使用しないでください）。 Fmoc-OSu の活性は Fmoc-Cl よりもわずかに低く、反応によって生成される不純物は通常少ないため、一般的に Fmoc よりも Fmoc-OSu を使用する方が好ましいです。

保護されたベースインスタンスの導入:

3.2 ワットメトキシカルボニル（Fmoc）の除去

Fmoc 保護基は、一般に、濃アンモニア水、ピペリジン、エチレンジアミン、シクロヘキシルアミン、モルホリン、DBU、Bu4N+F-/DMF などのさまざまな塩基性条件によって除去できます。第三級アミン（トリエチルアミンなど）は除去効果が低く、立体障害の大きいアミン（DIEA など）も除去効果が低くなります。

4. アリルオキシカルボニル（Alloc）保護基

前述の Cbz、Boc、Fmoc とは異なり、Alloc は酸やアルカリに対して非常に安定しています。その存在下では、Cbz、Boc、Fmoc は選択的に脱保護できますが、Alloc の除去は通常、Pd(0) の存在下で行われます。

4.1 アリルオキシカルボニル（Alloc）保護基の導入

通常、Alloc-Cl または Alloc-OSu は、有機溶媒/Na2CO3、NaHCO3 溶液またはピリジン中のアミノ化合物と反応して、Alloc 保護アミノ誘導体を生成します。

保護されたベースインスタンスの導入:

4.2 アリルオキシカルボニル（Alloc）保護基の除去

Alloc保護基は酸や塩基に対して強い安定性を持ち、通常はPd(0)、例えばPd(PPh3)4やPd(PPh3)2Cl2でのみ脱保護されます。 Pd(0)触媒下ではπ-アリルパラジウム中間体が生成され、これはモルホリンや1,3-ジケトンなどの求核剤との反応後に脱保護されます。例えば、Alloc誘導体をPd(PPh3)4/Me2NTMSで処理すると、加水分解されたTMSカルバメートが容易に得られる[Tetrahedron Lett., 1992, 33,477]。 Boc2O、AcCl、TsCl、またはコハク酸無水物を加えると、Pd(PPh3)2Cl2/Bu3SnH は Alloc 基を他のアミン誘導体に変換できます。さらに、Alloc は Pd(PPh3)4/HCOOH/TEA によっても除去できます [J.Med. Chem., 1992, 35, 2781]またはAcOH/NMO [J.Org. Chem., 1996, 61, 3983] 。

脱保護基の例:

Alloc保護エステル（140.7 mg）と1,3-ジメチルバルビツール酸（228 mg）のTHF（15 mL）溶液にテトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（43.9 mg、17 mol％）を加え、得られた混合物を室温で27時間撹拌した。次に混合物を飽和水溶液に注ぎました。 NaHCO3で希釈し、Et2Oで4回抽出した。合わせた抽出物を乾燥（MgSO4）し、真空中で濃縮した。残渣をクロマトグラフィー（CHCl3/MeOH、20:1から2:1）で精製し、対応する遊離アミノエステルを無色の油状物（79.5 mg、65%）として得た。 [ Chem. Soc. Perkin Trans. 1., 2004, 7, 949]

112（0.97 g、1.4 mmol）のCH2Cl2（19 mL）溶液に、ジメチルアミノトリメチルシラン（1.32 mL、8.4 mol）およびトリメチルシリルトリフルオロアセテート（1.45 mL、8.4 mmol）を加えた。溶液を20℃で10分間撹拌した後、Pd(PPh3)4（97mg、0.084mmol）を加え、2.5時間撹拌を続けた。混合物を蒸発させ、残留油を 酢酸エチル (50 mL) に溶解した。溶液を10% NaHCO3水溶液および塩水で洗浄し、乾燥し、蒸発させた。残渣をクロマトグラフィー（SiO2; 酢酸エチル/ヘキサン 1:2）にかけると、113（0.67 g、78%）が得られた。 [J. Med.Chem., 1992, 47(6), 1487]。

5. トリメチルシリルエトキシカルボニル（Teoc）保護基

トリメチルシリルエトキシカルボニル (Teoc) は、前述の Cbz、Boc、Fmoc、Alloc とは異なります。酸、ほとんどのアルカリ、貴金属触媒に対して非常に安定しています。その存在下では、Cbz、Boc、Fmoc、Alloc は選択的に脱保護することができ、その脱保護は通常、フッ化物アニオン中で行われます。 TBAF、TEAF、HFなど。

5.1 トリメチルシリルエトキシカルボニル（Teoc）の導入

一般的に、Teoc-Cl、Teoc-OSu、Teoc-OBt、Teoc-Nt は有機溶媒および塩基の存在下でアミノ化合物と反応して、Teoc 保護アミノ誘導体を生成します。ニトロトリアゾールは、ソデオカ試薬（Teoc-NT）で保護した後に生成される副産物であり、溶媒に不溶性であるため、簡単な濾過で除去できます。

保護されたベースの例を紹介します。

5.2 トリメチルシリルエトキシカルボニル（Teoc）の除去

トリメチルシリルエトキシカルボニル (Teoc) の除去は、主にフッ化物イオンとトリメチルシランの反応後の β 脱離脱保護によって行われます。フッ素試薬には、TBAF（テトラブチルアンモニウムフルオリド）、TEAF（テトラエチルアンモニウムフルオリド）、またはTMAF（テトラメチルアンモニウムフルオリド）があります。除去プロセス中に、TBAF はテトラブチルアミン塩の副産物を生成しますが、これは除去が困難な場合が多く、製品の品質に影響を与えることがよくあります。現時点では、代わりに TMAF または TEAF を使用できます。

脱保護の例:

6. 2,2,2-トリクロロエトキシカルボニル（Troc）保護基

6.1 2,2,2-トリクロロエトキシカルボニル（Troc）保護基の導入

一般に、Troc-Cl および Troc-OSu は有機溶媒および塩基の存在下でアミノ化合物と反応して、Teoc 保護アミノ誘導体を生成します。

6.2 2,2,2-トリクロロエトキシカルボニル（Troc）保護基の除去

脱保護は通常、亜鉛酢酸の一電子還元条件下で行われ、副生成物として揮発性の 1,1-ジクロロエチレンと二酸化炭素が発生します。この条件下では、Boc、Fmoc、Cbz、Teoc などの多くのグループが存在します。安定しています。

脱保護の例

アルコキシカルボニル保護基は数多くありますが、この記事では一つ一つ紹介することはしません。保護基を選択する際には、設計する反応に関与するすべての反応物、反応条件、および基質の官能基を慎重に考慮する必要があります。最も簡単に追加および削除できる保護基を選択するようにしてください。複数の保護基を同時に除去する必要がある場合、異なる官能基を保護するために同じ保護基を使用することは非常に効果的です。保護基を選択的に除去するには、異なる種類の保護基のみを使用できます。さらに、保護の生成と除去の速度に対する選択性は、電子的および立体的の両方で考慮する必要があります。アミノ基の保護と脱保護は常に最後の手段です。新しい経路を設計したり、前駆体官能基を使用して保護基の使用を回避したりできる場合は、それがより良い方法です。

Haofan Biological Co., Ltd.はペプチド合成剤の研究開発と生産に取り組んでいます。当社は10年以上の開発と蓄積を経て、さまざまなアミノ保護試薬、ペプチド縮合試薬、非天然アミノ酸などの関連製品を提供しています。問い合わせが必要な友人を歓迎します！