Silyl-Schutzgruppe

Unter der Bezeichnung Silyl-Schutzgruppe fasst man eine ganze Reihe von chemischen Verbindungen zusammen, die dazu dienen können, eine reaktive funktionelle Gruppe durch eine Silizium-organische Verbindung in eine unreaktive Form zu überführen und damit einer unerwünschten Reaktion zu entziehen, also zu schützen. In der Regel werden Silylreste als Schutzgruppe von Alkoholen oder Phenolen verwendet.

Verwendung

Alkohole sind nucleophile funktionelle Gruppen und werden daher von Elektrophilen angegriffen oder in einer Eliminierungsreaktion entfernt. Um dies in unerwünschten Fällen zu verhindern, wurde die Schutzgruppentechnik in der organischen Chemie eingeführt. Silylschutzgruppen stellen ein relativ stabiles und unreaktives Derivat eines Alkohols dar, bei dem das Proton durch einen substituierten Siliziumrest ersetzt wurde.

Silane werden in erster Linie durch Säuren und durch Fluorid-Ionen gespalten. Die Reaktivität von Silanen sinkt mit ihrer sterischen Hinderung.

Durch eine Silylgruppe geschützte Hydroxy-Gruppen können direkt ohne einen vorherigen Entschützungsschritt zu Aldehyden,^[1] Ketonen,^[2] Bromiden,^[3][4] Acetaten^[5] und Ethern^[6] umgesetzt werden.

Darstellung

Silylether werden meist durch Umsetzung der entsprechenden Silylchloride oder Silylsulfate mit Alkoholen oder Phenolen in Gegenwart von Basen hergestellt. Als Base kommen hier wenig nucleophile Basen wie Triethylamin oder die Diisopropylethylamin (Hünig-Base) zum Einsatz. Üblicherweise wird in trockenen und aprotischen organischen Lösungsmitteln wie Dichlormethan gearbeitet. Zu den Silylethern gibt es umfangreiche Untersuchungen über ihre Stabilität. Sie werden auch im erheblichen Umfang eingesetzt.

Darstellung der Silylschutzgruppe

Das einfachste und preiswerteste Silan, das man als Schutzgruppe kennt, ist das Trimethylchlorsilan. Es entsteht bei der Silikon-Herstellung nach Rochow und Müller als Nebenprodukt. Die höheren Silylhalogenide werden gezielt für den Einsatz als Schutzgruppe synthetisiert. Bedeutende Vertreter sind neben der Trimethylsilyl-Gruppe die höher substituierten Silane wie z. B. tert.-Butyldimethylsilyl- und Triethylsilyl-Gruppen.

Stabilität

Mit steigender sterischer Hinderung am Silizium-Atom steigt auch die Stabilität der Schutzgruppe. Die Trimethylsilyl-Gruppe ist oft sehr labil und wird schon durch Kieselgel bei der Chromatographie teilweise gespalten. Die höheren Silylether sind jedoch gegenüber den Bedingungen einer Chromatographie stabil. Silylschutzgruppen können durch Säuren oder besser und selektiver durch Fluorid-Ionen gespalten werden. Als Fluorid-Quelle kann sowohl Kaliumfluorid, Tetrabutylammoniumfluorid (TBAF) aber auch Fluorwasserstoffsäure dienen.

Darstellung der Silylschutzgruppe

Silyl-Gruppen sind die einzigen Schutzgruppen, welche durch Fluoridionen gespalten werden. Diese einzigartige Eigenschaft führt dazu, dass Silylschutzgruppen sehr selektiv neben allen anderen möglichen Schutzgruppen gespalten werden können.

Name	Formel	Abkürzung	Spaltung
Trimethylsilyl		TMS	Kaliumfluorid, Essigsäure oder Kaliumcarbonat in Methanol[7]
Triethylsilyl		TES	10–100 mal stabiler als eine TMS-Gruppe;[8] Trifluoressigsäure in Wasser/Tetrahydrofuran,[9] Essigsäure in Wasser/Tetrahydrofuran,[10] Fluorwasserstoffsäure, Pyridiniumhydrofluorid in Pyridin[11]
	TBS, TBDMS	Essigsäure in Tetrahydrofuran/Wasser,[12] Pyridiniumtosylat in Methanol,[13] Trifluoressigsäure in Wasser,[14] Fluorwasserstoffsäure in Acetonitril,[15] Pyridiniumhydrofluorid in Tetrahydrofuran,[16] Tetrabutylammoniumfluorid in THF[17]
Triisopropylsilyl		TIPS	Unter gleichen Bedingungen wie TBS aber längere Reaktionszeiten; Tetrabutylammoniumfluorid in Tetrahydrofuran, Fluorwasserstoffsäure in Acetonitril, Pyridiniumhydrofluorid in Tetrahydrofuran.[18]
	TBDPS	Unter gleichen Bedingungen wie TBS aber längere Reaktionszeiten (100–250 mal langsamer als TBS und 5–10 mal langsamer als TIPS); Tetrabutylammoniumfluorid in Tetrahydrofuran, Fluorwasserstoffsäure in Acetonitril, Pyridiniumhydrofluorid in Tetrahydrofuran[19]

Literatur

• Phillip J. Kocieński: Protecting Groups, 1. Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1994, ISBN 3-13-135601-4.
• Peter G.M. Wuts, Theodora W. Greene: Greene's Protective Groups in Organic Synthesis, 4th Ed., John Wiley & Sons Inc., Hoboken, New Jersey, ISBN 0-471-69754-0.
• Thieme Chemistry (Hrsg.): RÖMPP Online – Version 3.12. Georg Thieme Verlag KG, Stuttgart 2011
• Michael Schelhaas, Herbert Waldmann: „Schutzgruppenstrategien in der organischen Synthese“, in: Angewandte Chemie, 1996, 103, S. 2192–2219; doi:10.1002/ange.19961081805.
• Krzysztof Jarowicki, Philip Kocienski: „Protecting groups“, in: J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 1998, S. 4005–4037; doi:10.1039/A803688H.

Einzelnachweise

1. ↑ G.A. Tolstikov, M.S. Miftakhov, N.S. Vostrikov, N.G. Komissarova, M.E. Adler, O. Kuznetsov: Zh. Org. Khim. 1988, 24, 224-225.
2. ↑ F. P. Cossio, J. M. Aizpurua, C. Palomo: Can. J. Chem. 1986, 64, 225–231.
3. ↑ S. Kim, J.H. Park: J. Org. Chem. 1988, 53, 3111–3113.
4. ↑ J.M. Aizpurua,F.P. Cossio, C. Palomo: J. Org. Chem. 1986, 51, 4941–4943.
5. ↑ S.J. Danishefsky, N.J. Mantlo: J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 8129–8133.
6. ↑ D.G. Saunders: Synthesis, 1988, 377–378.
7. ↑ P.J. Kocieński: Protecting Groups, S. 29.
8. ↑ P.J. Kocieński: Protecting Groups, S. 31.
9. ↑ Tod K Jones, Robert A. Reamer, Richard Desmond, Sander G. Mills: „Chemistry of tricarbonyl hemiketals and application of Evans technology to the total synthesis of the immunosuppressant (−)-FK-506“, in: J. Am. Chem. Soc., 1990, 112, S. 2998–3017; doi:10.1021/ja00164a023.
10. ↑ Dieter Seebach, Hak-Fun Chow, Richard F.W. Jackson, Marius A. Sutter, Suvit Thaisrivongs, Jürg Zimmermann: „(+)-11,11′-Di-O-methylelaiophylidene – preparation from elaiophylin and total synthesis from (R)-3-hydroxybutyrate and (S)-malate“, in: Liebigs Ann. Chem., 1986, S. 1281–1308; doi:10.1002/jlac.198619860714.
11. ↑ David A. Evans, Stephen W. Kaldor, Todd K. Jones, Jon Clardy, Thomas J. Stout: „Total synthesis of the macrolide antibiotic cytovaricin“, in: J. Am. Chem. Soc., 1990, 112, S. 7001–7031; doi:10.1021/ja00175a038.
12. ↑ James A. Marshall, Richard Sedrani: „A convergent, highly stereoselective synthesis of a C-11-C-21 subunit of the macbecins“, in: J. Org. Chem., 1991, 56, S. 5496–5498; doi:10.1021/jo00019a004.
13. ↑ James D. White, Motoji Kawasaki: „Total synthesis of (+)-latrunculin A“, in: J. Am. Chem. Soc., 1990, 112, S. 4991–4993; doi:10.1021/ja00168a071.
14. ↑ Morris J. Robins, Vicente Samano, Mark D. Johnson: „Nucleic acid-related compounds. 58. Periodinane oxidation, selective primary deprotection, and remarkably stereoselective reduction of tert-butyldimethylsilyl-protected ribonucleosides. Synthesis of 9-(β-D-xylofuranosyl)adenine or 3'-deuterioadenosine from adenosine“, in: J. Org. Chem., 1990, 55, S. 410–412; doi:10.1021/jo00289a004.
15. ↑ R. Roger F. Newton, Derek P. Reynolds, Colin F. Webb, Stanley M. Roberts: „A short and efficient total synthesis of (±) prostaglandin D₂ methyl ester involving a new method for the cleavage of a dimethyl-t-butylsilyl ether“, in: J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 1981, S. 2055–2058; doi:10.1039/P19810002055.
16. ↑ Kyriacos C. Nicolaou, R. A. Daines, T. K. Chakraborty: „Total synthesis of amphoteronolide B“, in: J. Am. Chem. Soc., 1987, 109, S. 2208–2210; doi:10.1021/ja00241a063.
17. ↑ Leo A. Paquette, Annette M. Doherty, Christopher M. Rayner: „Total synthesis of furanocembranolides. 1. Stereocontrolled preparation of key heterocyclic building blocks and assembly of a complete seco-pseudopterane framework“, in: J. Am. Chem. Soc., 1991, 109, S. 3910–3926; doi:10.1021/ja00036a045.
18. ↑ P.J. Kocieński: Protecting Groups, S. 40.
19. ↑ P.J. Kocieński: Protecting Groups, S. 38–39.