트라이메틸실릴
1. 개요
트라이메틸실릴(TMS)은 유기 화합물에 도입되어 해당 화합물의 특성을 변화시키는 데 사용되는 화학 작용기이다. TMS기는 주로 알코올, 페놀류, 카르복실산 등의 하이드록시기를 보호하여 휘발성을 높이는 데 사용되며, 기체 크로마토그래피나 질량 분석법에 적용하기 쉽도록 만든다. 유기 합성에서 TMS기는 보호기로 작용하여 부반응을 막는 역할을 하며, 티올기나 말단 알킨의 보호기로도 활용된다. TMS기는 다양한 조건에서 제거될 수 있으며, 플루오르 이온이나 테트라부틸암모늄 플루오라이드(TBAF) 등의 시약을 사용하여 원래의 하이드록시기로 되돌릴 수 있다. "수퍼" 실릴기는 부피가 큰 실릴기로, 트리(트라이메틸실릴)실릴기(TTMSS)가 있으며, 입체선택적 반응을 촉진하는 임시 치환기로 사용될 수 있다.
2. 활용
유기 합성에 있어서, TMS기는 알코올의 보호기로 사용된다.
알코올, 페놀류, 카르복실산 등, 하이드록시기 때문에 휘발성이 낮은 화합물에 트리메틸실릴기를 도입하면, 그 휘발성을 높일 수 있다. 하이드록시기(-OH)에 적절한 트리메틸실릴화제를 작용시켜 수소를 치환하여, 트리메틸실록시기(-OSi(CH3)3)로 만든다. 이 때 생성물은 트리메틸실릴 에테르이다.
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그러면, 작용기의 극성이 낮아지기 때문에 휘발성이 높아져, 기체 크로마토그래피나 질량 분석법에 적용하기 쉬워진다.
유기 합성에서는 트리메틸실릴기를 보호기로 사용한다. 하이드록시기를 가진 화합물에 어떤 반응을 시키고 싶지만, 그 반응에서 하이드록시기가 존재하면 부반응이 일어나 버리는 경우에, 일시적으로 하이드록시기에 트리메틸실릴기를 도입하여 트리메틸실록시기 형태로 만듦으로써, 그 부반응을 회피할 수 있다.
그 외 트리메틸실릴기는, 티올기 (-SH), 말단 알킨 (-C≡CH)의 보호기로도 사용된다.
2.1. 알코올 보호
유기 합성에서 TMS기는 알코올의 보호기로 사용된다.
일반적인 보호 방법은 다음과 같다.
* 트라이메틸실릴 클로라이드 (TMSCl) 또는 트라이메틸실릴 트라이플루오로메탄설포네이트 (TMSOTf) 및 염기 (예: 피리딘, 트리에틸아민, 또는 2,6-루티딘)를 다이클로로메테인에 용해
* TMSCl 및 황화 리튬 (Li2S)을 아세토니트릴에 용해
2.2. 탈보호
TMS기는 다음과 같은 조건에서 쉽게 제거(탈보호)되어 원래의 하이드록시기로 되돌아간다.
* HF 기반 시약
* 테트라부틸암모늄 플루오라이드(Bu4NF) in THF
* 플루오로규산(H2SiF6)
* THF/물 용액에서 HCl로 처리
수산기를 트리메틸실릴기로 보호한 트리메틸실록시기는 중성의 유기 용매, 산화제, 환원제, 유기 금속 등 친핵체에 대해서는 비교적 내구성을 보이지만, 수용액, 산, 염기에는 약하며 쉽게 분해되어 원래의 수산기로 되돌아간다. 탄산 칼륨의 메탄올 현탁액을 사용하는 방법이 일반적인 방법 중 하나이다. 플루오르 이온도 O−Si, C−Si 결합 절단에 사용되며, 유기 용매 중에서는 테트라부틸암모늄 플루오라이드 (TBAF)의 사용이 일반적이다.
3. 트라이메틸실릴화
알코올의 하이드록시기를 트라이메틸실릴기(TMS)로 보호하기 위한 다양한 시약 조합이 확립되어 있다. 대표적인 예로, 클로로트라이메틸실란 (TMSCl)과 트리에틸아민을 사용하는 방법을 들 수 있다.
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다이클로로메테인에 트라이메틸실릴 클로라이드 (TMSCl) 또는 트라이메틸실릴 트라이플루오로메탄설포네이트 (TMSOTf) 및 염기 (예: 피리딘, 트리에틸아민, 2,6-루티딘)를 용해하거나 TMSCl 및 황화 리튬 (Li2S)을 아세토니트릴에 용해하여 사용한다. 그 외에도 강력한 트라이메틸실릴화 시약으로, N,O-비스(트라이메틸실릴)아세트아미드/N,O-비스(트라이메틸실릴)아세트아미드영어 (CH3C(O−TMS)=N−TMS), 트라이메틸실릴이미다졸 (TMS−Im, Im은 이미다졸 고리) 등이 알려져 있으며, 입체 장애가 높은 알코올이나, 확실하게 높은 수율을 얻고 싶은 상황에서 사용된다.
4. "수퍼" 실릴기
"수퍼" 실릴기는 부피가 큰 실릴기를 의미하며, 두 가지 종류가 있다. 하나는 세 개의 트라이메틸실릴기가 연결된 트라이(트라이메틸실릴)실릴기(TTMSS 또는 TMS3Si)이고, 다른 하나는 세 개의 tert-부틸기가 연결된 실리콘기이다.
TTMSS 기는 1993년 한스 복에 의해 제안되었다. 반 데르 발스 부피가 최대 7 입방 옹스트롬으로 관련 TIPS 기(약 2)를 능가하며, 입체선택적 반응을 촉진하는 임시 치환기로 사용될 수 있다. 예를 들어 다음과 같은 두 개의 연속적인 무카이야마 알돌 반응을 포함하는 다이아스테레오선택적 원 포트 반응에 사용될수 있다:
TTMSS는 트리스(트라이메틸실릴)실란을 나타낼 수 있으며, 이는 트라이부틸주석 수소화물과 유사한 화학 시약으로, 유기주석 및 트라이부틸주석 화합물과 관련된 독성 문제를 일으키지 않는다. 이 시약은 라디칼 환원, 하이드로실릴화 및 연속적인 라디칼 반응에 사용된다.