Suojaryhmä

Suojaryhmä on orgaanisissa synteesissä käytetty ryhmä, joka estää jonkin funktionaalisen ryhmän epätoivotun reaktiivisuuden. Suojaryhmien käyttö on tyypillistä erityisesti rakenteeltaan monimutkaisten useita mahdollisesti reaktio-olosuhteissa reagoivia funktionaalisia ryhmiä sisältävien orgaanisten molekyylien synteeseissä. Kun suojaryhmää ei enää tarvita, se poistetaan.
Suojaryhmien vaatimukset.
Jotta suojaryhmän käyttö orgaanisessa kemiassa olisi järkevää, tulee suojaryhmän täyttää useita ehtoja. Suojattavan molekyylin tulisi reagoida selektiivisesti suojaryhmän muodostavan reagenssin kanssa hyvällä saannolla niin, että vain halutut funktionaaliset ryhmät suojautuvat. Suojaryhmän tulee olla stabiili valituissa reaktio-olosuhteissa eikä se saa sisältää muita mahdollisesti reagoivia funktionaalisia ryhmiä. Suojaryhmän tulee myös olla helposti ja selektiivisesti poistettavissa suojatusta molekyylistä, kun suojausta ei enää tarvita.
Suojaryhmien käytön huonona puolena on se, että jokaisen suojaryhmän muodostaminen ja suojaryhmän poisto lisäävät synteesin pituutta aina kahdella askeleella. Synteesiaskelien määrän kasvaessa synteesin kokonaissaanto usein laskee. Mikäli molekyylissä on useita samanlaisesti reagoivia funktionaalisia ryhmiä, joille halutaan suorittaa eri reaktio, voidaan käyttää niin kutsuttua ortogonaalista suojausta. Ortogonaalisessa suojauksessa kukin suojaryhmä voidaan selektiivisesti poistaa, jolloin vain yksi funktionaalinen ryhmä ei ole enää suojattu ja reagoi muiden pysyessä suojattuina.
Tyypillisiä suojaryhmiä.
Alkoholien suojaus.
Alkoholit hapettuvat helposti, aldehydeiksi, ketoneiksi tai karboksyylihapoiksi. Ne ovat myös suhteellisen nukleofiilisiä ja saattavat reagoida elektrofiilien kanssa. Hyvin vahvat emäkset voivat myös poistaa hydroksyyliryhmän protonin, mikä lisää ryhmän nukleofiilisyyttä. Käytetyimpiä alkoholien suojaryhmiä ovat erilaiset eetterit kuten metyylieetterit, bentsyylieetterit, trityylieetterit ja silyylieetterit. Suojaamiseen käytetään tyypillisesti alkyylihalogenidia kuten metyylijodidia, bentsyylibromidia, trityylikloridia tai silyyliklorideja. Näiden ryhmien poistamiseen voidaan käyttää happoja, vedytystä tai reaktiota booritribromidin tai trimetyylisilyylijodidin kanssa.
Elektrofiileja vastaan usein käytetty suojaryhmä on tetrahydropyraaniryhmä, joka muodostuu dihydropyraanin reagoidessa alkoholin kanssa. Tämä suojaryhmä voidaan poistaa happamissa olosuhteissa. Diolit voidaan suojata asetaaleina.
Aldehydien ja ketonien suojaus.
Aldehydit ja ketonit ovat elektrofiilisiä yhdisteitä ja reagoivat helposti nukleofiilien kanssa. Ne myös pelkistyvät suhteellisen helposti alkoholeiksi. Tyypillisimmät aldehydien ja ketonien suojaukseen käytettävät ryhmät ovat asetaalit ja tioasetaalit, jotka muodostuvat karbonyyliyhdisteen ja diolin tai ditiolin välisellä reaktiolla. Rengasrakenteiset asetaalit ja tioasetaalit ovat avoketjuisia stabiilimpia. Asetaalien poistamiseen käytetään happoliuoksia ja tioasetaalien poistamiseen joko elohopea(II)kloridia tai vedytystä Raney-nikkelin toimiessa katalyyttinä.
Karboksyylihappojen suojaus.
Karboksyylihappojen suojauksella pyritään estämään happaman karboksyyliryhmän reaktio emästen tai nukleofiilien kanssa tai estämään nukleofiilinen hyökkäys elektrofiiliseen karbonyyliryhmään. Tyypillisimmät karboksyylihappojen suojaryhmät ovat esterit, kuten aryyli- ja tert-butyyliesterit, joita käytetään estämään reaktiot emästen kanssa. Tähän tarkoitukseen voidaan käyttää myös ortoestereitä. Isobutanoliamiini reagoi karboksyylihappojen kanssa muodostaen oksatsoliinirenkaan ja suojaa sekä happaman karboksyyliryhmän että elektrofiilisen karbonyyliryhmän.
Amiinien suojaus.
Amiinit ovat nukleofiilisia ja emäksisiä. Amiinien suojaus on tärkeä osa muun muassa synteettisten peptidien valmistusta. Primääriset ja sekundääriset amiinit myös hapettuvat helposti. Tyypillisimmät suojaustavat ovat suojaus joko amideina tai karbamaatteina. Usein käytettyjä ovat bentsyloksikarbonyyliryhmä, joka muodostuu amiinin ja bentsyyliklooriformiaatin välisellä reaktiolla, tert-butyloksikarbonyyliryhmä, joka muodostuu amiinin ja di-tert-butyylidikarbonaatin välisellä reaktiolla, ja fluorenyylimetyylikarboksyyliryhmä, jonka muodostamiseen käytetään fluorenyylimetyloksikarbonyylikloridia.