Chránění alkoholů

Občas, když se snažíte syntetizovat molekulu, musíte použít chránící skupinu. V tomto videu se budeme bavit o ochraně alkoholů s použitím trialkylsilyl skupiny. Řekněme, že smyslem je vyrobit tuto cílovou látku zde napravo. Máme za úkol začít s látkou zde nalevo. Možná si myslíte, že tato organolitná sloučenina napravo by fungovala jako nukleofil. Na tomto uhlíku máme formální náboj −1, takže tento volný elektronový pár bude náš nukleofil. Zaútočí na uhlík, který je částečně kladně nabitý. A tyto elektrony odpojí bróm a místo něj se naváží tyto dva uhlíky s trojnou vazbou. Bohužel takto tato reakce neprobíhá. Organolitné sloučeniny nejsou jen silné nukleofily, mohou být i silné báze. Ve skutečnosti volný elektronový pár může fungovat jako báze, která si vezme proton, nechá elektrony kyslíku a vytvoří alkoxid. Takže ve skutečnosti se bude vytvářet tento produkt. Zde budeme mít kyslík. Ten by měl tři volné elektronové páry, a tudíž formální záporný náboj −1. A dále by tu bylo kladné lithium. Vytvořil by se alkoxidový produkt. Smysl chránící skupiny je ochránit hydroxylovou skupinu před reagováním. Pokud nějak dokážeme ochránit tuto skupinu, může reakce proběhnout v této části molekuly. Na závěr chránící skupinu z produktu oddělíme. A v tom to celé spočívá. Půjdeme dál a ukážeme si, jak použít chránící skupinu. Zde máme t-butyldimetylsilylchlorid. Obsahuje terc-butyl skupinu připojenou na křemík a tady jsou dvě methylové skupiny připojené na křemík a také chlorid. Toto bude t-butyl nebo terc-bytyldimethylsilylchlorid. Zkráceně TBDMSCl. Zaměřme se nyní na křemík. Ten je navázaný na tento uhlík, tento uhlík, další uhlík a chlor. Jak uhlíky tak chlor mají vyšší elektronegativitu než křemík. Proto z křemíku odejmou nějakou elektronovou hustotu který se tím stává částečně kladně nabitý. Křemík může vystupovat jako elektrofil. Je elektrofilní. Takto můžeme dostat některé elektrony z kyslíku. Alkohol zde bude v roli nukleofilu a volné elektronové páry budou útočit na křemík. A tak tyto elektrony odpojí atom chlóru. Jako vedlejší produkt se vytvoří HCl. Máme tu napsaný imidazol. Jedna z věcí, co imidazol dělá, je že pomáhá oddělit HCl. Tento mechanismus je o něco komplikovanější, než jsem ukázal. Tohle je jen zjednodušený pohled na věc. Takže máte nukleofil a elektrofil a na alkohol hodláte použít chránící skupinu. Pojďme si nakreslit produkt reakce. Tam bude kyslík navázaný na křemík. Tento kyslík bude mít dva volné elektronové páry. Křemík je navázaný na dva methyly a také na terc-bytyl skupinu. Takto jsme tedy použili chránící skupinu. Někdy se můžete setkat se zkráceným zápisem s kyslíkem navázaným na TBDMS. To značí t-butyldimethylsilyl chránící skupinu. Toto je jen jiný způsob jak zakreslit tuto část molekuly. Když jsme přidali chránící skupinu, můžeme pokročit k reakci s organolithnými sloučeninami. A přidáme naši organolithnou sloučeninu znovu. Zde máme karbanion, který je teď v roli nukleofilu. Takže tento volný elektronový pár může zaútočit na tento uhlík Tyto elektrony odpojí bróm. Namalujeme si teď, co z toho dostaneme. Teď si sem přidáme trojnou vazbu. Pojďme si znovu zvýraznit některé uhlíky. Tento uhlík přidáme zde. Tento uhlík zde. Tady máme tyto elektrony navázané sem. Stále tu máme chránící skupinu. Pojďme si to také rozkreslit. Zde máme kyslík a na něj navázaný křemík s methylovými skupinami a také terc-bytyl skupinu. Provedli jsme požadovanou reakci, proto už můžeme oddělit chránící skupinu. Můžeme ji odstranit z cílové sloučeniny. Potřebujeme něco, co reaguje selektivně s tímto křemíkem. Použijeme tetrabutylamoniumfluorid, který je jenom dobrým zdrojem fluoridových aniontů. Pojďme si sem napsat fluoridový anion. Je to extrémně slabý nukleofil, ale velmi selektivní pro křemík. Fluorid v roli nukleofilu zaútočí na tento křemík. Má pro to pár důvodů. Pojďme si je teď rozebrat. Zaprvé křemík je navázaný na uhlíky. Křemík je obecně větší než uhlík, což zjistíme pohledem do periodické tabulky. Vazba mezi křemíkem a uhlíkem je tedy delší, než mezi dvěma uhlíky. To vede ke zmenšení sterické zábrany. Proto je křemík více vystaven, což dovoluje fluoridovému aniontu zaútočit. Další faktor, který toto dovoluje, je, že se křemík nachází ve třetí periodě v periodické tabulce prvků. Má proto volné "d" orbitaly. Pojďme si teď ukázat vazbu vznikající mezi fluorem a křemíkem. Nakreslím, jak fluorid útočí na křemík. Máme tedy tuto část molekuly. Pak tam budeme mít kyslík navázaný na křemík jako v tomto meziproduktu. Teď již máme fluor navázaný na křemík. Křemík je stále navázaný na dvě methylové skupiny a také na terc-butyl skupinu. Toto dá křemíku formální záporný náboj o velikosti −1. Toto vypadá trošku podivně, protože vidíme pěti-vazný křemík. Je to ale v pořádku, protože křemík má ty volné "d" orbitaly. Proto je vznik pěti vazeb v meziproduktu správně. Je v pořádku mít rozšířený oktet. Další důvod, proč fluorid může útočit na křemík velmi dobře, je, že vazba vznikající mezi fluorem a křemíkem je velmi pevná. Zde je velmi silná vazba. Můžeme skončit navrácením těchto elektronů zpět na kyslík. Na závěr molekulu naprotonujeme a máme hotovo. Takže produkt bude vypadat takto. Tedy sem se vrátí hydroxylová skupina. A reakcí jsme úspěšně přidali tuto část molekuly. Zároveň se nám také vytvoří molekula s fluorem a chránící skupinou. Takto selektivně odstraníme ochranou skupinu. A vznikne požadovaný produkt. Toto je myšlenka ochranné skupiny. Dovoluje chránit jednu část molekuly, aby mohla reagovat jiná část molekuly. Chránící skupina by zároveň měla být na závěr snadno odlučitelná od molekuly.