いくつかの一般的なアルコキシカルボニ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、次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説明します。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) が含まれます。

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、重曹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の求核性よりも大きいため、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。 この試薬を使用すると、第1アミンが第2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、1) 触媒水素化分解、2) 強酸分解 (HBr、TMSI)、3) Na/NH3 (液体) 還元など、いくつかの方法があります。実験室で一般的かつ簡潔な方法は、触媒水素化分解です。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) がある場合、または触媒を不活性化する基 (チオエーテルなど) がある場合は、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法であり、常温常圧で水素化することで完了します。反応の水素供与体は、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、ギ酸などです。後者の4つの試薬を水素供与体とする反応は、接触水素化反応とも呼ばれます。Boc2Oの存在下でPd / Cを使用して水素化を行うと、遊離したアミンが直接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一定の錯体を形成し、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Boc2Oと反応すると、この影響がなくなります。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があります。プロトン化されたアミンは触媒との錯体形成を回避できるため、反応速度が速くなります。

接触水素化触媒は主に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を使用しますが、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。また、分子内にハロゲン原子（Cl、Br、I）がある場合、Pd / Cを直接使用すると、通常、脱ハロゲン化が発生します。この場合、PdCl2を触媒として使用し、酢酸エチルまたはジクロロメタンを溶媒として使用します。脱ハロゲン化の発生をよりよく回避できます。

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）がある場合は、対応する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) およびトリエチルアミン (0.229 ml) を加えた。トリエチルシランを 2 時間かけて加えた (2 x 0.395 ml)。反応混合物を 1 時間撹拌し、トリフルオロ酢酸 2 ml 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 3-5% MeOH/CH2Cl2 および 0.5% NH4OH 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には次の利点があります。酸分解によって除去されやすいが、酸性が弱い場合に安定性があります。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、通常は副反応をもたらさない。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は接触水素化分解に対して安定ですが、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され、Bocは変化せず、またはBocはCbzに影響を与えずに酸溶液によって除去されるため、2つをうまく組み合わせることができます。

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 で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 と容易に反応して、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、副産物が妨害されず、除去しやすいという利点があります。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は、DMAP を添加して反応速度を触媒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）を加える必要があり、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）の除去が防止されます。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しています。ご興味のある方は、以前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で得られます。(トリエチルアミンなどの強塩基は絶対に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く、一般的に Fmoc に Fmoc-OSu を使用する方が好まれます。

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。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) は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。Alloc 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があり、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 誘導体は Pd(PPh3)4/Me2NTMS で処理して、容易に加水分解される TMS カルバメートを得ることができます [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 [J.Med. Chem., 1992, 35, 2781]またはAcOH/NMO [J.Org. Chem., 1996, 61, 3983]によっても除去できる。

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、混合物を飽和水性 NaHCO3 に注ぎ、Et2O で 4 回抽出した。合わせた抽出物を乾燥 (MgSO4) し、真空下で濃縮した。残渣をクロマトグラフィー (CHCl3/MeOH、20 : 1 ～ 2 : 1) で精製し、対応する遊離アミノエステルを無色油状物 (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 °C で 10 分間撹拌し、次に Pd(PPh3)4 (97 mg, 0.084 mmol) を加え、2.5 時間撹拌を続けた。混合物を蒸発させ、残留油状物を 酢酸エチル (50 mL) に溶解した。溶液を 10 % 水性 NaHCO3 および塩水で洗浄し、乾燥し、蒸発させた。残留物をクロマトグラフィー (SiO2; 酢酸エチル/ヘキサン 1:2) に付して、113 (0.67 g, 78%) を得た。[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。たとえば、TBAF、TEAF、HF などです。

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得る。Sodeoka試薬（Teoc-NT）で保護した後に生成される副産物であるニトロトリアゾールは、溶媒に不溶性であるため、簡単な濾過で除去することができる。

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）が含まれます。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、これは除去が困難であることが多く、製品の品質に影響を与えることがよくあります。このとき、TMAFまたはTEAFを代わりに使用できます。

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、副産物として揮発性の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などの多くの基が安定しています。

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、基質の官能基を慎重に考慮する必要があります。追加と除去が最も簡単な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は、同じ保護基を使用して異なる官能基を保護することが非常に効果的です。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、保護生成と除去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。新しいルートを設計できるか、または前駆体官能基を使用して保護基の使用を回避できる場合は、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注力しています。10年以上の開発と蓄積を経て、当社は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。お困りの方はお気軽にお問い合わせください。