Защитные группы для аминов — Органическая химия для олимпиад

Защитные группы для аминов

8 заданий

Карбаматы Boc и Cbz

linkОпора

Аминогруппу, как и гидроксильную (урок 207), часто приходится временно защищать. Лучшая защита — карбамат, то есть амид угольной кислоты (урок 272): его снимают мягко, потому что при этом уходит \(\ce{CO2}\). Группы Boc и Cbz различаются условиями снятия.

Как защитить аминогруппу и снять защиту

  1. Группу Boc вводят действием \(\ce{Boc2O}\) с триэтиламином или NaOH: получается \(\ce{RNHCOOC(CH3)3}\).
  2. Снятие Boc: трифторуксусная кислота или HCl в диоксане даёт трет-бутил-катион (он превращается в изобутилен) и карбаминовую кислоту, а она распадается на \(\ce{RNH3+}\) и \(\ce{CO2}\). К основаниям и гидрированию группа Boc устойчива.
  3. Группу Cbz (Z) вводят действием бензилхлорформиата \(\ce{PhCH2OCOCl}\) в присутствии основания: получается \(\ce{RNHCOOCH2Ph}\).
  4. Снятие Cbz: водород на палладии в нейтральной среде даёт толуол, \(\ce{CO2}\) и \(\ce{RNH2}\); можно снять её и HBr в уксусной кислоте. К основаниям и мягким кислотам группа Cbz устойчива.
  5. Карбамат не основен и почти не нуклеофилен: пара азота сопряжена с группой C=O.
Бензиламин защищают группой Boc, а трифторуксусная кислота снимает защиту
Бензиламин защищают группой Boc, а трифторуксусная кислота снимает защиту

Примеры

1. Boc-глицин. Глицин с \(\ce{Boc2O}\) в присутствии NaOH даёт Boc-глицин.

Карбамат защищает аминогруппу
Карбамат защищает аминогруппу

2. Cbz-защита. Пиперидин с бензилхлорформиатом в присутствии основания даёт бензилпиперидин-1-карбоксилат (Cbz-пиперидин).

Атом азота ацилируется хлорформиатом
Атом азота ацилируется хлорформиатом

errorКарбамат — не обычный амид

В группах Boc и Cbz атом азота связан с группой C=O угольной кислоты: при снятии защиты уходит \(\ce{CO2}\), и амин освобождается без жёсткого гидролиза.

edit_noteПопробуйте сами

Что образуется при снятии Boc с Boc-пиперидина сильной кислотой?

expand_moreПоказать решение

Трифторацетат пиперидиния, \(\ce{CO2}\) и изобутилен.

Fmoc и ортогональность

Если в молекуле несколько аминогрупп, каждой дают защиту из первой части урока, которую снимают своим реагентом. Третья важная группа — Fmoc — снимается основанием. Такой набор «ортогональных» защит позволяет освобождать аминогруппы по одной, и на нём построен твердофазный синтез пептидов.

Как выбрать защиту

  1. Группу Fmoc (9-флуоренилметоксикарбонил) вводят действием Fmoc-Cl или Fmoc-OSu: получается \(\ce{RNH-Fmoc}\).
  2. Снятие Fmoc: пиперидин (20 % в ДМФА) вызывает E1cB-отщепление — атом водорода флуоренила кислый, потому что его анион ароматичен, как циклопентадиенил; образуются дибензофульвен, \(\ce{CO2}\) и амин. К кислоте группа Fmoc устойчива.
  3. Ортогональность: Boc снимают кислотой, Cbz — водородом на палладии, Fmoc — основанием, и каждую можно снять, не трогая другие.
  4. Амидные защиты: ацетил и бензоил снимают жёстким гидролизом, тозильную группу (TsCl даёт сульфонамид) — натрием в аммиаке или HBr с фенолом, фталимид — гидразином.
  5. В твердофазном синтезе пептидов растущую цепь защищают группой Fmoc (её снимают пиперидином на каждом шаге), а боковые группы — трет-бутильными группами и Boc (их снимают трифторуксусной кислотой в конце).
Пиперидин снимает группу Fmoc с Fmoc-глицина
Пиперидин снимает группу Fmoc с Fmoc-глицина

Примеры

1. Две защиты на одной молекуле. У производного лизина Cbz-Lys(Boc)-OMe водород (\(\ce{H2}\), Pd) снимает группу Cbz с α-аминогруппы, а группа Boc на боковой цепи остаётся; затем трифторуксусная кислота снимает и её.

2. Тозильная защита. Анилин с тозилхлоридом в пиридине даёт 4-метил-N-фенилбензолсульфонамид.

Сульфонамид — прочная защита
Сульфонамид — прочная защита

errorСначала снимают ту группу, которая не затрагивает остальные

Группу Fmoc (основание) можно снять, не задев Boc (кислота), а трифторуксусная кислота снимет Boc и не тронет Fmoc. Порядок снятия планируют заранее.

edit_noteПопробуйте сами

Можно ли снять группу Boc, не затронув Fmoc?

expand_moreПоказать решение

Да: трифторуксусная кислота снимает Boc, а группа Fmoc к кислоте устойчива.

push_pinГлавное

Защитная группа временно превращает амин в карбамат или амид: азот перестаёт быть основанием и нуклеофилом. Boc вводят ди-трет-бутилдикарбонатом (\(\ce{Boc2O}\)), снимают кислотой (TFA, HCl) — уходят \(\ce{CO2}\) и изобутилен; Cbz (бензилхлорформиат) снимают гидрогенолизом (\(\ce{H2}\)/Pd: толуол + \(\ce{CO2}\)) или HBr в уксусной кислоте; Fmoc снимают основанием (пиперидин, E1cB) — дибензофульвен + \(\ce{CO2}\). Ацетил и бензоил снимают жёстким гидролизом, тозил — Na в \(\ce{NH3}\), фталимид — гидразином. Ортогональные группы снимаются в разных условиях — так в пептидном синтезе защищают разные аминогруппы.

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Органическая химия для олимпиад · репетитор-кузьмин.рф
© 2026. Курс органической химии для подготовки к региональному и заключительному этапам Всероссийской олимпиады школьников и к перечневым олимпиадам первого уровня.