Si consideri una molecola organica caratterizzata da due gruppi funzionali diversi che è fatta reagire per ottenere un determinato prodotto di reazione.
Se c’è la possibilità che uno dei due gruppi possa interferire nella reazione è necessario “proteggerlo” onde evitare la formazione di prodotti indesiderati.
Nella progettazione di un processo sintetico, la protezione dei gruppi funzionali all’interno di una molecola polifunzionale gioca quindi un ruolo fondamentale e la scelta di gruppi protettori adatti può influire sull’efficienza e sul successo di alcune sintesi.
Detto FG il gruppo funzionale reattivo presente nella molecola che deve essere protetto e detto PG il gruppo protettore si deve verificare:
R-FG + PG → R-FG-PG
Esso deve essere facilmente reperibile e reagire con facilità ed alte rese in condizioni blande con il gruppo funzionale che deve essere protetto. Il gruppo protettore deve inoltre essere stabile nelle condizioni di reazione. Deve inoltre essere facilmente allontanabile, una volta che la reazione è avvenuta senza interferire con i nuovi gruppi funzionali formatisi.
Gruppi che necessitano di protezione
I gruppi funzionali più reattivi che necessitano di protezione sono il gruppo:
- alcolico – OH
- carbonilico >C=O
- amminico – NH2
Ad esempio il gruppo alcolico può essere deprotonato da una base rendendolo un buon nucleofilo nelle reazioni di sostituzione, protonato rendendolo un buon gruppo uscente nelle reazioni di sostituzione o di eliminazione, ossidato a gruppo carbonilico o trasformato in un altro gruppo funzionale dando luogo a un alogenuro alchilico.
Molecole polifunzionali come carboidrati, steroidi, nucleosidi, amminoacidi ma anche molecole più semplici coinvolte in normali sequenze sintetiche, richiedono frequentemente la protezione della funzione alcolica.
Viene quindi adottata una strategia per trasformare il gruppo funzionale – OH in R-O-R ovvero in un etere o in un sililetere R-O-SiR3 composti dotati di elevata stabilità anche in condizioni drastiche sebbene ciò costituisca un punto critico nella fase di deprotezione.
Il gruppo carbonilico, presente in molte molecole organiche, è molto reattivo; esso può subire reazioni di addizione nucleofila, condensazione con specie contenenti il gruppo amminico per dare immine, idrazoni, ossime, addizione con i reattivi di Grignard per dare alcoli e numerosissime altre reazioni.
Metodi di protezione del gruppo carbonilico
I metodi per proteggere il gruppo carbonilico differiscono a seconda del tipo di composto in cui esso è contenuto sebbene uno dei metodi più comuni consiste nella sua trasformazione in un acetale, specie stabile e scarsamente reattiva in ambienti da neutri a fortemente basici. Gli acetali, infatti, finché non sono trattati con acidi presentano la scarsa reattività tipica degli eteri.
Un altro metodo per proteggere il gruppo carbonilico consiste nel farlo reazione con un diolo come l’1,2-etandiolo con ottenimento di un chetale ciclico.
Metodi di protezione del gruppo amminico
Il gruppo –NH2 può subire numerose reazioni infatti con un acido dà luogo alla formazione di sali, in presenza di acidi carbossilici forma un’ammide, in presenza di un alogenuro alchilico dà luogo alla formazione un’alchilammina, mentre in presenza di acido nitroso dà luogo alla formazione di un sale di diazonio che è molto instabile e dà luogo alla formazione di un carbocatione che reagisce con qualunque nucleofilo presente in soluzione pertanto si ottiene una miscela di alcol, alogenuro alchilico e alchene.
Per proteggere il gruppo amminico si usano frequentemente il gruppo tert-butossicarbonil) (Boc) o il gruppo 9-fluorenilmetossicarbonile (Fmoc); entrambi inibiscono la reattività del gruppo amminico trasformandolo rispettivamente in un’ammide e un derivato di tipo uretanico.