Tert-butüüloksükarbonüülrühm

Tert-butüüloksükarbonüülrühm, tuntud ka lühenditega Boc ja t-Boc, on laialdaselt kasutatav kaitserühm orgaanilises ning bioorgaanilises sünteesis, mille ülesanne on vähendada aminorühma reaktsioonivõimet. 

Aminorühma protekteerimiseks kasutatakse tavaliselt di-tert-butüüldikarbonaati (teiste nimetustega Boc-anhüdriid, Boc2O).
Boc-rühmaga kaitstud amiinid on üldjuhul stabiilsed neutraalses ja aluselises keskkonnas. Kaitstud amiini deprotekteerimine (Boc-rühma eemaldamine) viiakse läbi tavaliselt tugeva happega, andes saadusena vaba amiini ning kõrvalsaadustena tert-butanooli või isobutüleeni ja süsinikdioksiidi.

Protekteerimine

Otsene reaktsioon di-tert-butüüldikarbonaadiga 
Lihtsate amiinide korral viiakse reaktsioon läbi, segades Boc-anhüdriidi ja amiini tetrahüdrofuraanis (THF), segu kergelt kuumutades.

Kui primaarse amiini kaitsmisel kasutada vähemalt kahte moolekvivalenti Boc-anhüdriidi ja kõrgemat temperatuuri, on võimalik saada bis-Boc derivaate.

Metoodika probleemid 
Steeriliselt takistatud amiinide protekteerimisel Boc-anhüdriidiga moodustuvad isotsüanaadi tekke tõttu tihti uuread. See probleem võib esineda ka aniliinide kaitsmisel, kui kasutada katalüsaatorina 4-dimetüülaminopüridiini (DMAP), kuid antud kõrvalreaktsioon on välditav, kui kasutada DMAP-i asemel N-metüülimidasooli. Ühtlasi saab isotsüanaadi teket vältida, kui viia esimeses etapis läbi reaktsioon naatrium-bis(trimetüülsilüül)amiidiga (NaHMDS) ning seejärel Boc2O-ga. Samuti on võimalik isotsüanaat muundada Boc-rühmaks, kuumutades seda tert-butanoolis.

Teised reaktsioonitingimused 
Reaktsiooni amiini ja di-tert-butüüldikarbonaadiga on võimalik läbi viia ka teistsugustel reaktsioonitingimustel. Olulisemad neist on:
 Boc2O, NaOH, H2O, 25 °C, 10–30 min, saagis 75–95%. Antud metoodika on tihti kasutuses aminohapete kaitsmisel, sest kõrvalsaadused on ohutud ja kergesti eemaldatavad, kuid reagendi lagunemise tõttu ei tööta see efektiivselt steeriliselt takistatud amiinide puhul.
 Boc2O, Me4NOH*5H2O, CH3CN, saagis 88–100%. Need reaktsioonitingimused sobivad hästi steeriliselt takistatud aminohapete kaitsmiseks.
 Boc2O, etanool või metanool, NaHCO3, ultraheli, saagis 84–100%.

Teised reaktsioonid 
Peale otsese reaktsiooni di-tert-butüüldikarbonaadiga, on võimalik aminorühma Boc-rühmaga protekteerida ka kasutades teisi metoodikaid. Järgnevas loetelus on välja toodud mõned reagendid ning reaktsioonitingimused:

 Boc-ONH2 [(aminooksü)(tert-butoksü)metanoon]. Antud reagent reageerib amiinidega 1,5 kuni 2,5 korda kiiremini kui Boc2O. Reagenti saab genereerida in situ, lisades Boc-anhüdriidile katalüütilises koguses hüdroksüülamiini.
 Boc-N3 (Boc-asiid), DMSO (dimetüülsulfoksiid), 25 °C. Asiidide plahvatuslikkuse tõttu ohtlik metoodika.
 Boc-ON=C(CN)Ph {[(tert-butoksükarbonüül)oksü]imino}(fenüül)etaannitriil, trietüülamiin, 25 °C. Saagis 72–100%. See reagent kaitseb selektiivselt primaarseid amiine sekundaarsete amiinide juuresolekul.
 1-(tert-butoksükarbonüül)bensotriasool, NaOH, dioksaan, 20 °C, saagis 88–96%. Aniliin on antud reagendi suhtes inertne.
 t-BuOCO2Ph (tert-butüülfenüülkarbonaat), CH2Cl2 või DMF (N,N-dimetüülformamiid), saagis 49–91%. Selle metoodika eeliseks on primaarsete amiinide selektiivne kaitsmine polüamiinides.
 tert''-butüül-2-püridinüülkarbonaat, dioksaan, H2O, Et3N, saagis 70–94%.

Deprotekteerimine
Tüüpiline Boc-kaitserühma eemaldamine viiakse läbi tugeva happega, nagu HCl (vesinikkloriidhape) või CF3COOH (trifluoroetaanhape). Kasutusel on ka metoodikad, kus anhüdriidne HCl genereeritakse teistest reagentidest in situ. Samuti on olemas võimalused eemaldada Boc-rühm neutraalses või aluselises keskkonnas, mis võib osutuda vajalikuks juhul, kui tekkiv amiin pole happelises keskkonnas stabiilne. Alltoodud loetelus on välja toodud mõned detailsemad metoodikad Boc-kaitserühma eemaldamiseks:
 3M HCl, etüülatsetaat, 25 °C, 30 min, saagis 96%.

 HCl vesilahus, tolueen, 65 °C, saagis 93%. Tarbekas metoodika suurte ainekoguste puhul.
 CH3COCl (atsüülkloriid), metanool, saagis 95–100%. Selle metoodika käigus tekib anhüdriidne HCl metanooli keskkonda.
 TMSCl (trimetüülsilüülkloriid), metanool, 0–25 °C, 5h, saagis 90% kuni 97%. See metoodika muudab Boc-protekteeritud aminohapped vastavateks metüülestriteks. Anhüdriidne HCl genereeritakse in situ.
 1M SiCl4, 3M fenool, CH2Cl2, 10 min. Kõrgendatud selektiivsusega metoodika, kuna Fmoc-, Cbz-, Bn-ester- ja eeterkaitserühmad antud tingimustel praktiliselt ei lõhustu.
 CF3COOH, CH2Cl2, 5% H2O. Segule lisatakse vett, et vältida kaksiksidemete isomerisatsiooni.
 CF3COOH, PhSH (tiofenool), 20 °C, 1h, saagis 100%. Tiofenooli lisatakse tert''-butüül katioonide sidumiseks. Selle abil saab vältida tavatingimustel ilmnevat metioniini ja trüptofaani alküülimist. Tiofenooli asemel on võimalik kasutada ka anisooli, tioanisooli, tiokresooli, kresooli ja dimetüülsulfiidi.
 TsOH (p-tolueensulfoonhape), THF, CH2Cl2, 5 min. See metoodika loodi tahke-faasiliseks peptiidisünteesiks suurtes kogustes, sest antud juhul pole tarvis kasutada trifluoroäädikhapet, mis on kallis ja korrosiivne. Reaktsiooni on võimalik kiirendada mikrolainekiirgusega.
 TMSI (trimetüülsilüüljodiid), CHCl3 või CH3CN, 25 °C, 6 min, saagis 100%. TMSI lõhustab ka karbamaate, estreid, eetreid ja ketaale neutraalsetes, mittehüdrolüütilistes tingimustes. Mõningane selektiivsus on saavutatav reaktsioonitingimusi muutes.
 Mg(ClO4)2, saagis 67–100%. Primaarse amiini korral lõhustab magneesiumperkloraat kahest Boc-rühmast vaid ühe.
 BF3•Et2O, 4-Å molekulaarsõelad, CH2Cl2, 25 °C, 20h, saagis 77–98%.
 ZnBr2, CH2Cl2, 89–94% saagis. Antud tingimustel toimub selektiivne Boc-rühma eemaldamine sekundaarsetelt aminorühmadelt primaarsete kaitstud aminorühmade juuresolekul.
 H-β-tseoliit, CH2Cl2, 40 °C, saagis 77–100%. Selle metoodikaga on võimalik deprotekteerida Boc-rühmaga kaitstud arüülamiine, samal ajal kui vastavad alküülamiinid, amiidid ja tert-butüülestrid on antud tingimustel stabiilsed.
 NaI, atsetoon, 60–100 °C, 15–25 min, saagis 88–98%. Neid reaktsioonitingimusi kasutatakse Boc-rühma eemaldamiseks aminohapetelt.
 Termiline eemaldamine: 185 °C, 20–30 min, saagis 97%.
 LiBr, CH3CN, 65 °C, saagis 95%.
 Indium või tsink, metanool, 65 °C, 15–24h, saagis 80–92%.

Boc-rühm peptiidisünteesis
Koos Fmoc-rühmaga (9-fluorenüülmetüüloksükarbonüülrühm) on Boc-rühm üks kahest levinuimast kaitserühmast, mida kasutatakse tahkefaasilises peptiidisünteesis. Boc-rühmaga kaitstakse ajutiselt peptiidi N-terminaalset α-aminorühma eesmärgiga vähendada selle nukleofiilsust. Peptiidi C-terminaalne osa on seotud tahke kandjaga. Järgmises etapis eemaldatakse Boc-rühm tavaliselt trifluoroetaanhappega, mille tagajärjel tekib vaba aminorühm, mis saab luua peptiidsideme uue, eelnevalt aktiveeritud aminohappega. Selle tulemusena pikeneb peptiid ühe aminohappejäägi võrra. Pärast iga deprotekteerimise ja liitumise etappi pestakse peptiidi N,N-dimetüülformamiidiga, et eemaldada üleliigseid reagente. Selle tulemusena on võimalik saavutada kõrge, kuni 99%-ne saagis igas reaktsioonitsüklis.

Boc-rühma võrdlus Fmoc-rühmaga tahkefaasilise peptiidisünteesi korral
Nii Boc- kui ka Fmoc-rühma kasutamisel on positiivseid ja samas ka negatiivseid külgi. Seega tehakse kaitserühma valik üldjuhul juhtumipõhiselt.

Kirjandus
P.G.M. Wuts, T.W. Greene "Greene's protective groups in organic synthesis, 4th edition," p 725-732, John Wiley & Sons, Inc. Publication.
http://en.wikipedia.org/wiki/Peptide_synthesis

Orgaaniline keemia