Gugus Pelindung ( gugus proteksi)

Gugus Pelindung ( gugus proteksi)

Dalam sintesis masalah kemoselektivitas seringkali ditemukan. Misalkan molekul yang akan disintesis memiliki dua gugus fungsi yang reaktif sedangkan yang kita inginkan hanya salah satu dari kedua gugus fungsi saja yang bereaksi atau misalkan molekul yang akan disintesis memiliki dua gugus fungsi yang berbeda kereaktifannya namun kita menginginkan gugus fungsi yang bereaksi lebih kecil reaktivitasnya. Permasalahan ini dapat diatasi dengan penambahan gugus pelindung.

Gugus pelindung merupakan gugus fungsi yang digunakan untuk melindungi gugus tertentu supaya tidak turut bereaksi. Gugus pelindung atau gugus proteksi adalah suatu gugus fungsional yang digunakan untuk melindungi gugus tertentu supaya tidak turut bereaksi dengan pereaksi atau pelarut selama proses sintesis kimia berlangsung. Gugus pelindung tersebut ditambahkan ke dalam molekul melalui modifikasi kimia pada suatu gugus fungsi untuk mencapai kemoselektivitas pada reaksi kimia selanjutnya. Gugus ini memainkan peranan penting dalam sintesis organik multitahap. Gugus pelindung sendiri misalkan diol dan tiol. 

Dalam banyak preparasi senyawa organik, beberapa bagian spesifik pada molekul tidak dapat bertahan pada kondisi reaksi atau pereaksi yang digunakan. Sehingga, bagian tersebut, atau gugus, harus dilindungi. Contohnya, litium aluminium hidrida sangat reaktif namun merupakan pereaksi yang sangat beguna untuk mereduksi ester menjadi alkohol. Pereaksi tersebut akan mudah sekali bereaksi dengan gugus karbonil, tanpa dapat menseleksi mana gugus karbonil yang seharusnya direduksi. Ketika reduksi ester dibutuhkan namun terdapat gugus karbonil lainnya dalam molekul target, penyerangan hidrida pada gugus karbonil tersebut harus dicegah. Misalnya, karbonil tersebut diubah ke dalam gugus asetal, yang tidak bereaksi dengan hidrida. Asetal tersebut kemudian disebut sebagai gugus pelindung bagi karbonil. Setelah tahapan yang memerlukan hidrida selesai dilakukan, asetal tersebut dihilangkan (direaksikan dengan asam berair), mengembalikannya ke gugus karbonil semula. Tahapan ini disebut sebagai deproteksi.

Reaksi kimia yang memiliki gugus fungsi lebih dari satu memerlukan reaksi selektif untuk menghindarkan terjadinya reaksi terhadap seluruh gugus fungsi yang ada akibat pengaruh dari pereaksi yang berlebihan.
Dalam mendapatkan reaksi yang selektif terhadap gugus fungsi yang menjadi sasaran perubahan reaksi, maka gugus fungsi lain yang memiliki potensi untuk terserang diberi perlindungan. Perlindungan terhadap gugus fungsi yang diharapkan tidak mengalami perubahan tersebut dilakukan dengan cara melindungi gugus fungsi itu terlebih dahulu secara selektif agar tidak terserang oleh pereaksi yang diberikan. Semua gugus fungsi memiliki cara tertentu melalui penggunaan pereaksi untuk melindunginya, baik gugus karbonil, hidroksil, amino, ikatan rangkap dan gugus lainnya (Greene, 1991).

 Gugus amino mempunyai pereaksi tertentu untuk melindunginya misalnya dengan AcOC6H4-p-NO2, pH 11. Perlindungan gugus amina dengan AcOC6H4-p-NO2 akan membentuk –NHAc. Sebagai contoh : 

Pereaksi lain yang digunakan untuk melindungi gugus amino adalah asetaldehida, ionCu(II), dan asam perklorat. Pereaksi yang menggunakan R2NCOCH2Cl dengan contoh reaksi sebagai berikut:

Deproteksi terhadap gugus amino dapat dilakukan antara lain dengan menggunakan asetat anhidrida, K2CO3, Hog kidney asilasi dan bromokatekolboran.

Pemilihan gugus pelindung :

1.      Mudah dimasukan dan dihilangkan.

2.      Tahan terhadap reagen yang akan menyerang gugus fungsional yang tidak terlindungi.

3.      Stabil dan hanya bereaksi dengan pereaksi khusus untuk mengenbalikan gugus fungsi aslinya.

4.      Gugus pelindung seharusnya tidak mengganggu reaksi yang dilakukan sebelum dihapus.

   Contoh reaksi gugus pelindung yaitu, Asam amini merupakan konstituen protein, mempunyai dua gugus fungsi yaitu COOH dan gugus NH2, dimana gugus NH2  lebih reaktif dibandingkan gugus COOH. Apabila menginginkan gugus COOH yang bereaksi maka gugus NH2 harus dilindungi. Senyawa dapat digunakan sebagai gugus pelindung untuk gugus NH2. Perlu dicatat bahwa senyawa dapat berekasi dua kali dengan gugus amino, tetapi produk pertama kurang reaktif karena lebih terkonjugasi dibanding senyawa. Reaksi nya yaitu :

           

Contoh sintesis alcohol dari ketoester 

Ester t-butil  sanagat mudah dihidrolisis dalam suasana asam. Ester merupakan gugus     pelindung yang baik untuk melindungi alkohol dari asam.

 

Gugus fungsi yang sering digunakan yaitu

1. Gugus pelindung alkohol

Proteksi gugus alkohol dapat dilakukan dengan menggunakan

• Asetil (Ac) – dihilangkan dengan asam atau basa (lihat gugus asetoksi).
• Benzoil (Bz) – dihilangkan dengan asam atau basa, lebih stabil dibanding gugus Ac.
• Benzil (Bn) – dihilangkan dengan hidrogenolisis. Gugus Bn digunakan secara luas dalam kimia gula dan nukleosida.
• Eter β-metoksietoksimetil (MEM) – dihilangkan dengan asam.
• Dimetoksitritil, [bis-(4-metoksifenil)fenilmetil] (DMT) – dihilangkan dengan asam lemah. Gugus DMT digunakan secara luas dalam proteksi gugus 5'-hidroksi dalam nukleosida, umumnya dalam sintesis oligonukleotida.
• Eter metoksimetil (MOM) – dihilangkan dengan asam.
• Methoxytrityl [(4-metoksifenil)difenilmetil] (MMT) – dihilangkan dengan asam dan hidrogenolisis.
• Eter p-metoksibenzil (PMB) – dihilangkan dengan asam, hidrogenolisis, atau oksidasi.
• Eter metiltiometil – dihilangkan dengan asam.

2. Gugus pelindung amina

BOC glisin. Gugus tert-butiloksikarbonil ditandai dengan warna biru. Proteksi gugus amina dapat dilakukan dengan menggunakan.

• Gugus Karbobenziloksi (Cbz) – dihilangkan dengan hidrogenolisis
• Gugus Karbonil p-metoksibenzil (Moz atau MeOZ) – dihilangkan dengan hidrogenolisis, lebih labil dibanding Cbz
• Gugus tert-butiloksikarbonil (BOC) (umum digunakan dalam sintesis peptida fase padat) – dihilangkan dengan asam kuat pekat (seperti HCl atau CF₃COOH), atau dengan pemanasan hingga >80 °C.^[3]
• Gugus 9-Fluorenilmetiloksikarbonil (FMOC) (umum digunakan dalam sintesis peptida fase padat) – dihilangkan dengan basa, seperti piperidin^[4]
• Gugus Asetil (Ac) umum digunakan dalam sintesis oligonukleotida untuk proteksi N4 dalam basa nukleat sitosin dan N6 dalam basa nukleat adenin dan dihilangkan dengan perlakuan dengan basa, lebih sering, dengan amonia berair atau gas atau metilamina. Ac terlalu stabil untuk langsung dihilangkan dari amida alifatik.
• Gugus Benzoil (Bz) umum digunakan dalam sintesis oligonukleotida untuk proteksi N4 dalam basa nukleat sitosin dan N6 dalam basa nukleat adenin dan dihilangkan dengan perlakuan dengan basa, lebih sering, dengan amonia berair atau gas atau metilamina. Bz terlalu stabil untuk langsung dihilangkan dari amida alifatik.
• Gugus Benzil (Bn) – dihilangkan dengan hidrogenolisis
• Gugus Karbamat – dihilangkan dengan asam dan pemanasan sedang.

3. Gugus pelindung karbonil

Proteksi gugus karbonil dapat dilakukan dengan menggunakan:

• Asetal dan Ketal – dihilangkan dengan asam. Secara normal, pembelahan asetal asiklik lebih mudah dilakukan dibanding asetal siklik.
• Asilal – dihilangkan dengan asam Lewis.
• Ditian – dihilangkan dengan garam logam atau agen pengoksidasi.

4. Gugus pelindung asam karboksilat

Proteksi asam karboksilat dapat dilakukan dengan menggunakan.

• Ester metil – dihilangkan dengan asam atau basa.
• Ester benzil – dihilangkan dengan dehidrogenolisis.
• Ester tert-butil – dihilangkan dengan asam, basa atau beberapa reduktan.
• Ester fenol 2,6-disubstitusi (contohnya 2,6-dimetilfenol, 2,6-diisopropilfenol, 2,6-di-tert-butilfenol) – dihilangkan pada suhu kamar dengan metanolisis berkatalis-DBU di bawah kondisi bertekanan tinggi.

5. Gugus pelindung fosfat

Proteksi gugus fosfat dapat dilakukan dengan menggunakan.

• 2-sianoetil – dihilangkan dengan basa sedang. Gugus ini digunakan secara luas dalam sintesis oligonukleotida.
• Metil (Me) – dihilangkan dengan nukleofil kuat seperti tiofenol/TEA.

6. Gugus pelindung alkuna termina

• Alkohol propargil dalam reaksi Favorskii,
• Gugus silil, khususnya pada proteksi asetilena.
  
• 
  
  
  
  Permasalahan
  1.        Bagaimana mengetahui sifat dari gugus pelindung diol dan tiol?
  2.        Bagaimana contoh gugus proteksi dalam kehidupan sehari-hari?
  3.        Bagaimana mengetahui suatu gugus fungsi itu termasuk dalam gugus pelindung?