羟基与羰基的保护.ppt

1 羟基的保护与去保护 2 羟基的保护 羟基广泛存在于许多在生理上和合成上有意义的化合物中 如核苷 碳水化合物 甾族化合物 大环内酯类化合物 聚醚 某些氨基酸的侧链 另外 羟基也是有机合成中一个很重要的官能基 其可转变为卤素 氨基 羰基 羧基等多种官能团 在化合物的氧化 酰基化 用卤代磷或卤化氢的卤化 脱水的反应或许多官能团的转化过程中 我们常常需要将羟基保护起来 在含有多官能团复杂分子的合成中 如何选择性保护羟基和脱保护往往是许多新化合物开发时的关键所在 如紫杉醇的全合成 3 应用最广泛的几种保护基 硅醚保护基 苄醚保护基 烷氧基甲基醚或烷氧基取代甲基醚 其他保护基 三甲基硅醚 TMS OR 叔丁基二甲基硅醚 TBDMS ORorTBS OR 叔丁基二苯基硅醚 TBDPS OR 羟基保护主要将其转变为相应的醚或酯 以醚更为常见 一般用于羟基保护的醚主要有硅醚 甲基醚 烯丙基醚 苄基醚 烷氧甲基醚 烷巯基甲基醚 三甲基硅乙基甲基醚等等 羟基的酯保护一般用的不多 但在糖及核糖化学中较为多见 4 硅醚保护的优点 硅醚是最常见的保护羟基的方法之一 主要优点有 易保护 也容易去保护 随着硅原子上的取代基的不同 保护和去保护的反应活性均有较大的变化 当分子中有多官能团时 空间效应及电子效应是影响反应的主要因素 在游离伯胺或仲胺基的存在下 能够对羟基进行保护 任何羟基硅醚都可以通过四烷基氟化胺如TBAF脱除 其主要原因是硅原子对氟原子的亲和性远远大于硅 氧之间的亲和性 硅 氮键的结合远比硅 氧键来的弱 硅原子优先与羟基上的氧原子结合 这正是与其他保护基的不同之处 5 硅醚保护的稳定性 硅醚对酸和碱都敏感 但是不同的硅醚对酸 碱有相对的稳定性 空间效应及电子效应是主要的影响因素 在酸中的稳定性为 TMS 1 TES 64 TBDMS 20 000 TIPS 700 000 TBDPS 5 000 000 在碱中稳定性为 TMS 1 TES 10 100 TBDMS TBDPS 20 000 TIPS 100 000 一般而言 对于没有什么位阻的伯醇和仲醇 尽量不要选用TMS作为保护基团 因为得到的产物一般在硅胶这样弱的酸性条件下也会被裂解掉 6 硅醚去保护 硅醚可以用酸或碱或四烷基氟化胺脱去 在用TBAF裂解硅醚后 分解产生的四丁铵离子有时通过柱层析或HPLC很难除干净 而季铵盐的质谱丰度 Bu4N 242 又特别的强有时会干扰质谱 因此这时需要使用四甲基氟化铵或四乙基氟化铵来脱除 一般情况下 在TBDMS基团存在时 断裂DEIPS 二乙基异丙基硅基 基团是较容易的 但实际得出的一些结果是相反的 在这些例子中 分子结构中空间阻碍是产生相反选择性的原因 烷基硅醚在酸中容易去保护 而酚基醚在碱性条件下更容易去保护 降低硅的碱性还可以用于改变Lewis酸催化反应的结果 并且有助于选择性去保护 在硅原子上引入吸电子取代基可以提高碱性条下水解反应的灵敏性 而对酸的敏感性降低 7 三甲基硅醚 TMSOR 许多硅基化试剂 如TMSCl TMSOTf 均可用于在各种醇中引入三甲基硅基 一般来说 空间位阻较小的醇最容易硅基化 但同时在酸或碱中也非常不稳定易水解 三甲基硅基化广泛用于多官能团化合物 生成的衍生物具有较高的挥发度而利于气相色谱和质谱分析 8 叔丁基二甲基硅醚 TBDMS ORorTBS OR A 一般来说 在分子中羟基位阻不大时主要通过TBSCl对羟基进行保护 但当羟基位阻较大时则采用较强的硅醚化试剂TBSOTf来实现 B 生成的叔丁基二甲基硅醚在多种有机反应中是相当稳定的 在一定条件下去保护时一般不会影响其他官能团 C 在伯 仲醇中 TBS基相对来说较易于与伯醇反应 9 E TBS醚的断裂除了常用的四烷基氟化胺外 许多情况下也可用酸来断 当分子内没有对强酸敏感的官能基存在时 可用HCl MeOH HCl Dioxane体系去除TBS 若有对强酸敏感的官能基存在时 则可选用AcOH THF体系去除 C 它对碱稳定 在碱性水解时的稳定性约为三甲基硅醚的104倍 相对来说对酸敏感些 TBS醚的生成和断裂的难易取决于空间因素 因此常常用于对多官能团 位阻不同的分子进行选择性保护 10 叔丁基二苯基硅醚 TBDPS OR A 在酸性水解条件下TBDPS保护基比TBDMS更加稳定 约100倍 而TBDPS保护基对碱的稳定性比TBDMS要差 B 由于该保护基的分子量较大 容易使底物固化而易于分离 TBDPS保护基对许多与TBDMS保护基不相容的试剂显出比TBDMS基团更好的稳定性 11 三异丙基硅醚保护 TIPS OR 酸性水解时 有较大体积的TIPS醚比叔丁基二甲基硅醚要更稳定些 但稳定性比叔丁基二苯基硅基差 TIPS基碱性水解时比TBDMS基或TBDPS基稳定 相对于仲羟基 TIPS基对伯羟基有更好的选择性 12 苄醚类保护及脱除 苄醚类主要有苄基 对甲氧苄基及三苯甲基醚 2 1苄基醚保护羟基 A 一般烷基上的羟基在用苄基醚保护时需要用强碱 但酚羟基的苄基醚保护一般只要用碳酸钾在乙腈或丙酮中回流即可 回流情况下 这类烷基化在乙腈中速度比丙酮中要快四倍左右 因此一般用乙腈做溶剂居多 若反应速度慢可用DMF做溶剂 提高反应温度 或加NaI KI催化反应 13 14 B 苄基醚的裂解主要是通过催化加氢的方法 Pd是理想的催化剂 用Pt时会产生芳环上的氢化作用 非芳性的胺可以使催化剂活性降低 阻碍O 脱苄 在氢化体系中加入Na2CO3可以防止苄基被裂解 但可使双键发生还原 苄基的脱保护 15 16 苄基的氢解 苄基的氢解 脱保护 有溶剂的作用 如下列表 Effectofsolventonthehydrogenlysisofbenzylether 17 对甲氧基苄基醚 特点 羟基上对甲氧基苄基保护的方法和苄基类似 一般而言 对甲氧基苄醚在合成中更为常用 但脱除除了氢解的方法外 还可以氧化除去 但甲氧基取代的苄基醚较未取代的苄基醚更容易通过氧化去保护 18 CleavageofMPM DMPM andTMPMetherswithDDQinCH2Cl2 H2Oat20oC 19 烷氧基甲基醚或烷氧基取代甲基醚 烷氧基甲基醚或烷氧基取代甲基醚在羟基保护中也是较为多用的一类 常用的有THP 2 四氢吡喃 MOM 甲氧基甲基 EE 2 乙氧基乙基 这类保护基都对酸不稳定 因此一般都是在酸性条件下脱保护 它们对酸的稳定性是MOM EE THP 20 THP醚引入到一个手性分子的结果是形成了一个非对映体 因为在四氢吡喃环上新增了一个手性中心 有时它会使NMR谱的表达有点困难 尽管如此 它仍是有机合成中一个非常有用的保护基团 它的成本低 易于分离 对大多数非质子酸试剂有一定的稳定性 易于被出去 通常 几乎任何酸性试剂或任何可以在原位产生酸的试剂都可被用来引入THP基团 3 1THP 2 四氢吡喃 保护羟基 21 MOM是一般是通过MOMCl DIEA引入 其对酸还是较为稳定的 一般它的脱除需要在强酸条件下进行 3 2MOM保护羟基 22 3 3EE CH3CH2OCH3CH OR 保护羟基 EE的性质和THP很相似 23 3 4SEM Cl TMSCH2CH2OCH2 保护羟基 SEM 作为羟基的保护基 其主要特点为 脱保护可以通过四烷基氟化胺来脱去 SEM醚对分解四氢吡喃基 THP 和叔丁基二甲基硅醚 TBS 的酸性条件 AcOH H2O THF 45oC 7小时 是稳定的 24 其他羟基保护基 4 1烯丙基保护羟基 有关碳水化合物的文献中 烯丙醚用来保护醇是很常见的 原因在于烯丙醚通常可用各种方法形成糖苷 显然 烯丙醚不能与强的的亲电试剂共存 如溴 催化氢化的试剂 但它在中等强度的酸性条件 1NHCl 回流 10小时 下稳定 在大量其它保护基存在下有许多温和的脱保护方法 其总体上的稳定性 使得烯丙醚成为许多反应系列中的主干 25 4 2酰化成酯保护 醇通过酯的保护一般在糖化学中较为多见 一般主要通过乙酰基 苯甲酰基和特戊酰基等 乙酰基保护也常常用于天然产物结构鉴定中羟基衍生化 一般上乙酰基方法较多 其中用乙酸酐在吡啶中引入乙酰基最为常用 由于该方法不能乙酰化位阻较大的叔醇 要想在叔醇引入乙酰基需要加入酰化催化剂 DMAP 4 PPY 等 苯甲酰化的常用方法是BzCl或Bz2O 吡啶 特戊酰化的常用方法是PvCl 吡啶 0 75 这些酰基化对伯醇选择性要大于仲醇 选择性特戊酰基 苯甲酰 乙酰基 有时特戊酰基可化学选择性的上在伯醇上 26 27 28 缩醛缩酮保护 特点 缩醛缩酮保护 通常用于多羟基同时保护其中两