有机合成中的+保护基团PPT课件

1、第七章 保护基团总的说来，保护基应满足下列三点要求：总的说来，保护基应满足下列三点要求：1. 它容易引入所要保护的分子（温和条件）它容易引入所要保护的分子（温和条件）;2. 它与被保护基形成的结构能够经受住所要发生它与被保护基形成的结构能够经受住所要发生的反应的条件的反应的条件;3. 它可以在不损及分子其余部分的条件下除去它可以在不损及分子其余部分的条件下除去（温和条件）（温和条件）;在一些例子中，最后一条可以放宽，允许保护基在一些例子中，最后一条可以放宽，允许保护基被直接转变为另一种官能团。被直接转变为另一种官能团。第1页/共32页7.1 7.1 羟基的保护基团保护醇类保护醇类 ROH 的方

2、法一般是制成醚类的方法一般是制成醚类 (ROR) ) 或酯或酯类类( (ROCOR)ROCOR)，前者对氧化剂或还原剂都有相当的稳定性。前者对氧化剂或还原剂都有相当的稳定性。1. 形成甲醚类形成甲醚类 ROCH3可以用碱脱去醇ROH质子，再与合成子 CH3作用，如使用试剂NaH / Me2SO4。也可先作成银盐 RO-Ag+ 并与碘甲烷反应，如使用 Ag2O / MeI；但对三级醇不宜使用这一方法。醇类也可与重氮甲烷CH2N2，在Lewis酸（如BF3Et2O）催化下形成甲醚.ROHROCH3NaOH,Me2SO4Me3Si ,CHCl3I第2页/共32页7.1 7.1 羟基的保护基团脱去甲基

3、保护基，回复到醇类，通常使用Lewis酸，如BBr3及Me3SiI，也就是引用硬软酸碱原理（hard-soft acids and bases principle），使氧原子与硼或硅原子结合（较硬的共轭酸），而以溴离子或碘离子（较软的共轭碱）将甲基（较软的共轭酸）除去。OCH3RMe3SiICH3IROSiMe3ROHMe3SiOH+H2O第3页/共32页7.1 7.1 羟基的保护基团2. 形成叔丁基醚类形成叔丁基醚类 ROC（CH3）3醇与异丁烯在Lewis 酸催化下制备。叔丁基为一巨大的取代基（bulky group），脱去时需用酸处理：ROH+ROBF3 Et2O CatN HCl,Me

4、OH,23. 形成苄醚形成苄醚 ROCH2Ph：制备时，使醇在强碱下与苄溴 (benzyl bromide)反应，通常以加氢反应或锂金属还原，使苄基脱除，并回复到醇类。ROHROCH2PhNaH,PhCH2BrLi,NH3第4页/共32页7.1 7.1 羟基的保护基团4. 形成三苯基甲醚形成三苯基甲醚 (ROCPh3)制备时，以三苯基氯甲烷在吡啶中与醇类作用，而以 4-二甲胺基吡啶（4-dimethyl aminopyridine, DMAP）为催化剂。三苯甲基（trityl group）是一巨大基团，脱去时用加氢反应，或锂金属处理。因为有位阻的醇进行三苯甲基化被因为有位阻的醇进行三苯甲基化被

5、一级醇慢得多，所以能够选择性的保护。一级醇慢得多，所以能够选择性的保护。第5页/共32页7.1 7.1 羟基的保护基团第6页/共32页7.1 7.1 羟基的保护基团5. 形成甲氧基甲醚形成甲氧基甲醚 ROCH2OCH3制备时，使用甲氧基氯甲烷与醇类作用，并以三级胺吸收生成的HCl。甲氧基甲醚在碱性条件下和一般质子酸中有相当的稳定性，但此保护基团可用强酸或Lewis酸在激烈条件下脱去。ROHROCH2OCH3ClCH2OCH3,iPr2NEtTiCL4 or CF3CO2H6. 形成二甲硅醚形成二甲硅醚 ROSi（CH3）3制备时，用三甲基氯硅烷与醇类在三级胺中作用。此保护基在酸中不太稳定，也可

6、以用氟离子F-脱去（Si-F的键结力甚强，大于Si-O的键能）。ROHMe3SiCl,Et3NHF,or n Bu4N+F-ROSiMe3第7页/共32页7.1 7.1 羟基的保护基团7. 形成四氢吡喃形成四氢吡喃 ROTHP 制备时，使用二氢吡喃与醇类在酸催化下进行加成作用。欲回收恢复到醇类时，则在酸性水溶液中进行水解，即可脱去保护基团。有机合成中常引用这种保护基团，其缺点是增加一个不对称碳（缩酮上的碳原子），使得NMR谱的解析较复杂。CH CCH2OHHOCH2CCCO2HOOCH2C CHOOCH2C CMgBr(64%)OH+(90%)C2H5MgBrTHF(i) CO2(ii) H+

7、,H2OROHOROHOAc,H2O,TsOH,PyrO第8页/共32页7.1 7.1 羟基的保护基团8. 形成叔丁基二甲硅醚形成叔丁基二甲硅醚 ROSiMe2（t-Bu）制备时，用叔丁基二甲基氯硅烷与醇类在三级胺中作用，此保护基比三甲基硅基稳定，常运用在有机合成反应中，一般是F-离子脱去。ROHROSi(tBu)Me2SiCl,imidazolenBu4N+F-9. 9. 形成乙酸酯类形成乙酸酯类 ROCOCHROCOCH3 3ROHROCCH3O(CH3CO)2O,PyrK2CO3,aq MeOH第9页/共32页7.1 7.1 羟基的保护基团10 形成苯甲酸酯类形成苯甲酸酯类 ROCOPh

8、 制备时，用苯甲酰氯与醇类的吡啶中作用。苯甲酸酯较乙酯稳定，脱去苯甲酸酯需要较激烈的皂代条件。ROHROCOPhPhCOCl,PyrKOH,aq MeOH脱去乙酸酯保护基可使用皂化反应水解。乙酯可与大多数的还原剂作用，在强碱中也不稳定，因此很少用作有效的保护基团。但此反应的产率极高，操作也很简单，常用来帮助决定醇类的结构。第10页/共32页7.2 7.2 二羟基的保护基团在多羟基化合物中，同时保护两个羟基往往很方便。在多羟基化合物中，同时保护两个羟基往往很方便。保护基即可以是缩醛，缩酮，也可以是碳酸酯。保护基即可以是缩醛，缩酮，也可以是碳酸酯。1. 缩醛或缩酮缩醛或缩酮在这种反应中，一般使用的

9、羰基化合物是丙酮或苯甲在这种反应中，一般使用的羰基化合物是丙酮或苯甲醛，丙酮在酸催化下与顺式醛，丙酮在酸催化下与顺式1,2二醇反应，二醇反应，苯甲醛往往在氯化锌存在下与苯甲醛往往在氯化锌存在下与1,3二醇反应。二醇反应。 缩醛和缩酮在中性和碱性条件下稳定，因此，假如反应可以碱性条件下进行，则它们在烷基化，酰基化，氧化和还原时用于保护二醇。 二醇可用稀酸处理再生。苄叉基可用氢解方法除去。二醇可用稀酸处理再生。苄叉基可用氢解方法除去。第11页/共32页7.2 7.2 二羟基的保护基团OHOHOHOOHOOTHPabcOHOTHPC6H13nOHOHC6H13nd(a)H+, (b) PCC,NaO

10、Ac (c)i.n C6H13MgBr ii.H3+O (d)MeOH,H+OHOHOOOMeMeOOMeMeOHMeOOMeMeHOMeCMeOMeMeOMeTsOH, 89%(i)mCPBA(ii)Me2CuLiether99%94%trace HCldistil第12页/共32页7.2 7.2 二羟基的保护基团CH2OHCHOHCH2OHCH2OHCHOCO(CH2)14CH3CH2OHCH2OHCHOHCH2OC(CH2)14CH3OOOHOHPhHOOCH2OHCH3CH3PhCHOHCl(20%)CH3COCH3HCl(80%)CH3(CH2)14COClH2/Pd(40%)(1)

11、(2)CH3(CH2)14CO2Hdry HClH2O(43%)(1)(2)第13页/共32页7.2 7.2 二羟基的保护基团OOHNHCOCH3HOH,OHCH2OHOOHNHCOCH3HOH,OCH3CH2OHCH3OHH+(72%)PhCHO(83%)H,OCH3CH2OPhCHNHCOCH3OHOOH,OCH3CH2OPhCHNHCOCH3OCH3OOCH3IAg2O(100%)diluent acidH,OHCH2OHNH2OCH3OHO(CH3CO)2O(20%)H,OHCH2OHNHCOCH3OCH3OHONaBH4(100%)CH2OHNHCOCH3CH3OOHOHCH2OHC

12、H2OHNHCOCH3CH3OCHOCH2OHNHCOCH3CH3OCH2OHCH2OHNH2CH3OCH2OHCH2OHNH2HOCH2OHH5IO6NaBH4(75%)H+,H2O(100%)BCl3(100%)第14页/共32页7.2 7.2 二羟基的保护基团2. 碳酸酯碳酸酯 在吡啶存在下，光气与顺式 1,2二醇反应，给出在中性和温和酸性条件下稳定的碳酸酯，当在这种条件下进行氧化，还原时，能保护1,2二醇。 用碱性试剂处理，则二醇从碳酸酯再生。OOHOHPhCH2OCH2OCH3OPhCH2OCH2OCH3COCl2Pyridine(1) HBr(2) (PhCH2O)2PO2N(C2

13、H5)4OOO第15页/共32页7.2 7.2 二羟基的保护基团OPhCH2OCH2OOOOP(O(O)CH2Ph)2OHOCH2OOOOP(O(O)CH2Ph)2H2, PdOHOCH2HOOHOP(O(O)CH2Ph)2LiOHH2OOHOOHOHNOMeOOHONOMeOOOO,DMFHC(OEt)3H2SO4ONOMeOBnOOOONOMeOBnOHOOHTFA H2O第16页/共32页7.3 7.3 羰基的保护保护羰基的方法可分为二种：一是形成缩酮或其对等物RC ORRCYXR 醛基是最容易形成缩醛或对等物的羰基，而苯环上的酮基则是反应性最低的羰基。一般说来，反应性是： 醛基 链状羰

14、基（环已酮） 环戊酮 ，-不饱和酮 苯基酮。 缩酮的保护基不与碱，氧化剂或亲核剂（如H-，RMgBr）作用，而通常以酸水解回复到羰基。第17页/共32页7.3 7.3 羰基的保护X=OH， Y=OHKetal (acetal)X=SH， Y=SHDithioketalX=OH， Y=SHOxothioketalX=OH， Y=CNCyanohydrin 羟腈X=NH2， Y=CNAminonitrileX，Y=O-(CH2)2-ODioxolane 二氧戊环X，Y=O-(CH2)2-NOxazolidine 咪唑烷X，Y=N-(CH2)2-NImidazolidineX，Y=S-(CH2)2-

15、NThiazolidine 噻唑烷X，Y=S-(CH2)2-SDithiolane 二硫戊烷X，Y=S-(CH2)3-SDithiane 二噻烷第18页/共32页7.3 7.3 羰基的保护二是使用隐藏性羰基C CC OO3CHOHC OPCCC CCOCH2Hg ,H2O2+C NCHOiBu2AlH第19页/共32页7.3 7.3 羰基的保护1. 形成二甲醇缩酮形成二甲醇缩酮 R2C(OCH3)2制备：以甲醇在酸催化下与醛，酮类进行脱水作用。 一般的酸催化可用盐酸气HCl(g)，甲苯磺酸或酸性离子交换等。常用的脱水方法有加苯共沸，利用分子筛吸水，或加过量的甲醇。R2C=OR2COCH3OCH

16、3CH3OH,H+N H2SO42第20页/共32页7.3 7.3 羰基的保护将缩酮回复到酮类（即除去保护基团），可以在酸性溶液中水解，或以丙酮进行置换，或以三甲碘硅烷作用（软硬酸碱原理）。CHOMeClMeOMeOMeCHOMe(i)MeOH,H+(ii) tBuOK,DMSOpTsOH,H2O第21页/共32页7.3 7.3 羰基的保护2. 形成乙二醇缩酮R2C(OCH2)2 制备时，在乙二醇酸催化下与酮类进行作用。 此缩酮比二甲缩酮稳定，但也可在酸性溶液中水解。 HNEtHOOHNEtHOOOHNEtHOpTsOH,PhHHOCH2CH2OH85%(i)LiAlH4,THF(ii)aq.

17、NaOH(iii) N HCl1R2C=OR2COOCH2CH2HOCH2CH2OH,H+H3O+第22页/共32页7.3 7.3 羰基的保护CO2CH3OCO2CH3OOCH3COClCH2OHOOCH2OCOCH3OOOCH2OHOCH2OCOCH3benzeneHOCH2CH2OHTsOH(86%)LiAlH4(67%)第23页/共32页7.3 7.3 羰基的保护3. 形成丙二硫醇缩酮形成丙二硫醇缩酮 保护基团在中性或碱性条件下是比较稳定的。 R2C=OR2CSSMeI,H2O,MeOHHS(CH2)3SH,BF3 Et2O(CH3)2CClCHO(CH3)2CClCHOOCH2CCH3

18、CHOOCH2=C CHOCH3HOCH2CH2OH(TsOH)benzene(86%)HOCH2CH2OH(71%)KF(66%)oxalic acidacetone solution第24页/共32页7.3 7.3 羰基的保护OCOCH3CH3CO2HOCH3CO2HSOOHHOSOCOCH3HOHHO(69%)HSCH2CH2OHZnCl2LiAlH4(96%)Raney Niacetone(65%)第25页/共32页7.4 羧酸的保护羧酸以酯的形式被保护，常常用甲酯或乙酯，然而为了除去它们需要强酸性或强碱性条件可能是不利方面。在这种条件下，叔丁酯（可用温和的酸处理除去），苄酯（能经氢解

19、而脱苄基）或, ,3-三氯乙酯（去保护作用可用包括锌引起的消除反应）可能更有用。CH2=CCl2+RCO2 ZnCl+_R COOCH2CClClClZn第26页/共32页7.4 羧酸的保护三氯乙酯曾被Woodward用于在头孢菌素C的合成。其中的-内酰胺环在除去保护基时优质不受影响。Cl3CCH2O2CCH(CH2)3CONHNHCO2CH2CCl3NOSCO2CH2CCl3CH2OCOCH3第27页/共32页7.4 羧酸的保护苄 酯 和 叔 丁 酯 保 护 广 泛 用 于 多 肽 合 成 中 :H2N C H2C O2HPh3C N H C H2C O2HPh3C N H C H2C O2C O2C2H5Ph3C N H C H2C O N H C H C O2C H2PhC H2PhH2N C H2C O N H C H C O2C H2PhC H2PhH2N C H2C O N