基团保护与活化在药物合成中的作用课件

第十一章

基团保护与活化在药物合成中的作用

学习目标第一节概述第二节基团保护在药物合成中的应用第三节活化技术在药物合成中的应用学习小结目标检测2023/4/10学习目的通过学习在药物合成中常用的一些基团保护与活化技术和方法，初步达到能运用所学的理论知识在具体的药物合成路线中选择所需要的基团保护方法或活化方法的能力，并具备分析和解决在生产实践中遇到的关于基团保护与活化技术实际问题的能力。学习目标2023/4/102知识要求1．掌握醇、酚羟基、氨基、羧酸的O-H键、硫醇的S-H键、以及醛、酮羰基常见的保护方法和脱保护方法2．熟悉醇、酚羟基、氨基、羧酸的O-H键、硫醇的S-H键、和醛、酮羰基的保护在药物合成中的应用3．了解理想保护基的要求；活化技术在药物合成中的应用学习目标返回本节2023/4/103一、基团保护与活化的意义在药物合成技术中，导向基的应用非常广泛。导向基包括保护基、活化基、钝化基、阻断基等。基团保护的含义是：当一个化合物有不止一个官能团时，想在官能团A处进行转换反应，而又不希望影响分子中其他官能团B、C时，常先使官能团B、C与某些试剂反应，生成其相应的衍生物，待达到目的之后再恢复为原来的官能团B和C，此衍生物在下一步官能团A的转换时是稳定的。2023/4/105这些引入的基团就叫保护基，可在下一步官能团A的转换反应中对B、C基团起保护作用。基团保护在解决复杂有机药物的合成上具有重要作用。活化导向基的含义是：在反应物的分子中引入导向基后，使其分子的某一部位变得比其他部位更容易发生反应，当在这一部位上引入所需的基团后，再脱去导向基。除了活化导向技术外，还有催化活化技术、活性中间体应用技术、基团活化试剂应用技术等，这些都广泛应用于各单元反应之中。一、基团保护与活化的意义返回本节2023/4/106二、常见保护基的特点1.引入保护基的试剂应易得、稳定及无毒2.保护基不带有或不引入手性中心3.保护基在整个反应过程中是稳定的4.保护基的引入与脱去收率是定量的5.脱保护后保护基部分与产物容易分离返回本节2023/4/107一、醇、酚羟基的保护（一）醚类衍生物1．甲醚保护基(1)甲醚的制备：(2)脱保护的方法:简单的甲醚衍生物可以用Lewis酸脱保护2023/4/109一、醇、酚羟基的保护2．叔丁醚保护基(1)叔丁醚的制备：(2)脱保护的方法：要用中强度的酸如无水三氟乙酸等3．烯丙醚保护基式中，t-BuOK为叔丁醇钾；Rh(1)=RhCl(PPh3)3；DABO为二氮杂双环[2.2.2]辛烷。2023/4/10104．苄醚保护基(1)苄醚的制备与脱除:(2)应用实例:一、醇、酚羟基的保护2023/4/10116．三甲基硅烷醚保护基(1)三甲基硅烷醚的制备:(2)应用实例与脱除保护:一、醇、酚羟基的保护2023/4/10137.其他醚类保护基除了上述醚类衍生物外，还可形成甲氧基甲醚保护基，多应用于酚羟基的保护；甲氧乙氧基甲醚保护基，适用于伯、仲和叔醇羟基的保护；四氢吡喃醚保护基，是最常用的醇羟基保护方法之一；以及叔丁基二甲基硅烷醚保护基比三甲基硅烷基稳定，为近年来常用的硅烷醚类之一等等。一、醇、酚羟基的保护2023/4/1014（二）羧酸酯衍生物1．乙酸酯保护基(1)乙酸酯的制备与脱除:(2)选择性的乙酰化保护:一、醇、酚羟基的保护2023/4/1015

2．苯甲酸酯类保护基(1)常见的保护基:主要包括苯甲酸酯、对苯基苯甲酸酯、2,4,6-三甲基苯甲酸酯、O-二溴甲基苯甲酸酯、O-碘代苯甲酸酯等保护基。(2)制备与脱保护:该类保护基的制备可采用相应的酰氯与醇类的吡啶中作用即可，脱去苯甲酸酯类保护基则需要较激烈的皂化条件。

一、醇、酚羟基的保护2023/4/1017(3)选择性的苯甲酰化:一、醇、酚羟基的保护2023/4/1018(4)脱保护应用实例:一、醇、酚羟基的保护2023/4/1019(三)缩醛和缩酮衍生物1．环缩醛（酮）保护基1,2-或1,3-二羟基化合物的环缩醛（酮）保护基的一般制备方法与脱保护方法：一、醇、酚羟基的保护2023/4/1021（1）苯亚甲基缩醛（2）亚乙基缩醛一、醇、酚羟基的保护2023/4/1022（3）异亚丙基缩酮一、醇、酚羟基的保护2023/4/10233．环状碳酸酯保护基（1）D-呋喃葡萄糖-1,2,5,6-二碳酸酯（2）D-赤藓糖的制备：一、醇、酚羟基的保护返回本节2023/4/1025二、氨基的保护（一）形成酰胺衍生物1．形成单酰胺保护基（1）甲酰化的制备与脱除：2023/4/10262．形成邻苯二甲酰亚胺及其他二酰亚胺保护基（1）邻苯二甲酰化的制备与脱除：（2）其他二酰化有1,2-二苯基-顺丁烯二酰化的环状亚胺衍生物和二硫代丁二酰化的环状亚胺衍生物等二、氨基的保护2023/4/1029（二）形成氨基甲酸酯类衍生物1．苄氧羰基化保护基（1）苄氧羰基化保护基的制备：（2）苄氧羰基化保护基的脱除：二、氨基的保护2023/4/10302．叔丁氧羰基化保护基二、氨基的保护2023/4/10313．9-芴甲氧羰基化保护基二、氨基的保护2023/4/1032（三）氨基的其他保护方法1.N-烃基衍生物用于保护氨基的保护基主要有苄基保护基和三苯甲基保护基，其空间位阻提供了较好的保护，且二者都容易脱除。2.质子化作用是最简单的办法，就是将胺完全质子化，用去氮原子上的未共用电子对，以削弱其亲核性能。3.螯合作用是使氨基氮原子上的未共用电子对与金属离子形成配位键，适合于α-或β-氨基酸的合成，它们可与金属离子形成较稳定的过渡螯合物。4.磺酰基衍生物氨基还可以被磺酰化，利用磺酰基来保护氨基等。二、氨基的保护返回本节2023/4/1033三、羧酸的O-H键及硫醇的S-H键的保护（一）羧酸衍生物1．取代乙酯保护基主要有：β,β,β-三氯乙酯、对甲苯磺酰乙酯、甲硫乙酯、对硝基苯硫乙酯2023/4/1034三、羧酸的O-H键及硫醇的S-H键的保护2023/4/10352．叔丁酯保护基特点是：若在分子中同时存在酰胺基团，羧酸的叔丁酯可用氯化氢酸解脱去保护而不致影响酰氨基。3．苄酯、取代苄酯及二苯甲酯、取代二苯甲酯保护基（1）苄酯：三、羧酸的O-H键及硫醇的S-H键的保护2023/4/1036（2）取代苄酯：（3）二苯甲酯：（4）取代二苯甲酯：三、羧酸的O-H键及硫醇的S-H键的保护2023/4/10374．其他酯类保护基（1）取代酚酯保护基：三、羧酸的O-H键及硫醇的S-H键的保护2023/4/1038（2）二甲基硅酯保护基：三、羧酸的O-H键及硫醇的S-H键的保护2023/4/1039（二）硫醇衍生物1．硫醚保护基（1）硫醚保护基的制备：（2）常用的硫醚保护基：苄基硫醚、取代苄基硫醚、三苯甲基硫醚及叔丁基硫醚等三、羧酸的O-H键及硫醇的S-H键的保护2023/4/1040如半胱氨酸的S-苄醚及S-叔丁醚衍生物：三、羧酸的O-H键及硫醇的S-H键的保护2023/4/1041（3）硫醚保护基的脱保护：用银盐可以只脱去半胱氨酸中的S-三苯甲基，而用80％乙酸则仅脱去半胱氨酸中的N-三苯甲基。三、羧酸的O-H键及硫醇的S-H键的保护2023/4/10422．半硫缩醛、硫缩醛保护基（1）半硫缩醛保护基：（2）硫缩醛保护基：三、羧酸的O-H键及硫醇的S-H键的保护2023/4/10433．硫醇酯保护基（1）常用的硫醇酯保护基：巯基可以生成S-脂肪酸酯（RCOSR’）、S-芳香酸酯（ArCOSR’）、S-烷氧羧酸酯（ROCOSR’）、S-烷基氨基甲酸酯（RNHCOSR’）及二硫碳酸酯（RSCOSR’）等衍生物来保护。（2）脱保护的方法：硫醇酯对酸较稳定，可以通过氨解法迅速脱保护。S-乙氨基甲酰衍生物还可以用氯化高汞断开。

三、羧酸的O-H键及硫醇的S-H键的保护返回本节2023/4/1044四、醛、酮羰基的保护（一）缩醛和缩酮衍生物1．二甲基和二乙基缩醛（酮）保护基（1）二甲基和二乙基缩醛（酮）保护基的制备：2023/4/1045（2）应用实例：四、醛、酮羰基的保护2023/4/10462．环缩醛和环缩酮保护基(1)环缩醛和环缩酮保护基的制备与脱保护：（2）应用实例：四、醛、酮羰基的保护2023/4/1047（二）半硫和硫代缩醛（酮）衍生物1．半硫缩酮保护基（1）半硫缩酮保护基的制备：（2）半硫缩酮保护基的脱除：四、醛、酮羰基的保护2023/4/10482．硫缩醛（酮）保护基四、醛、酮羰基的保护2023/4/1049（三）烯醇和烯胺衍生物1．烯醚和硫代烯醚保护基四、醛、酮羰基的保护2023/4/10502．烯胺保护基四、醛、酮羰基的保护2023/4/1051（四）缩氨脲和肟衍生物1.缩氨脲保护基的制备与脱除2.肟保护基的制备与脱除四、醛、酮羰基的保护返回本节2023/4/1052第十一章

基团保护与活化在药物合成中的作用一、催化活化技术的应用二、活性中间体、基团活化试剂的应用三、活化导向基的应用第三节

活化技术在药物合成中的应用2023/4/101.催化剂催化正催化剂的应用就是使反应物活化的一种技术。最常用的为酸碱催化剂，适用于水合反应、水解反应、酯化反应、芳烃烷基化反应、脱水反应、胺化反应、加氢反应、不饱和化合物的双键转移反应、氧化还原反应等。例如傅-克反应：一、催化活化技术的应用2023/4/10542.酶催化酶被称为“生物催化剂”，不仅在生物体内有特殊的催化功能，现也广泛用于药物合成的氧化、还原、水解、酯化、缩合等反应中。特点是反应条件温和，副反应少，具有优异的立体或区域选择性。例如维生素C的合成：一、催化活化技术的应用2023/4/1055（3）相转移催化

相转移催化反应是20世纪70年代发展起来的合成新技术。通过相转移催化剂（PTC）在两相之间不断来回运输，把反应物从一相转移到另一相（通常以离子对的形式），使原来分别处于两相的反应物能够频繁地碰撞而发生反应。例如邻苯二酚在相转移条件下可以发生氧烷基化：一、催化活化技术的应用返回本节2023/4/1056二、活性中间体、基团活化试剂的应用1.活性中间体活性中间体一般是具有很好的离去基团化合物，它们在反应中能与反应物生成一个中间体使反应的活性增强。常见的活性中间体主要有酰氯、酸酐等。新发展的活性中间体很多，例如：活性酯与氨基或羟基反应其特点是不容易引起消旋化；活性氨基化合物：质子化的核苷3'-亚磷酰胺是DNA固相合成所应用的活化单体；氯甲基酮衍生物：R-COCH2Cl是良好的烷基化活性中间体，容易与氨基和巯基等发生烷基化反应等。2023/4/1057二、活性中间体、基团活化试剂的应用2023/4/10582.基团活化试剂基团活化试剂在药物合成中也常被使用，需要活化的基团主要是羧基和羟基等。常用的羧基活化剂有SOCl2和酸酐等，Cl-COOEt是一种理想的羧基活化剂。二、活性中间体、基团活化试剂的应用2023/4/1059羟基的活化剂有对甲基苯磺酰氯、2,4,6-三甲基苯磺酰氯和2,4,6-三异丙基苯磺酰氯等，不同的芳香磺酰氯对不同的羟基有选择性。二、活性中间体、基团活化试剂的应用2023/4/1060二环己基碳二亚胺通常用来作为肽键和酯键合成的偶联剂。二、活性中间体、基团活化试剂的应用返回本节2023/4/1061三、活化导向基的应用1.应用实例——1,3,5-三溴苯的合成2023/4/10622.应用实例—甲基酮化合物在碱催化下的“卤仿反应”3.应用实例—二醋酸泼尼松中间体的制备三、活化导向基的应用2023/4/10634.应用实例—安息香缩合的机制芳醛不能像含α-活泼氢的醛或酮那样在酸或碱催化下缩合，但先用氰化物对羰基进行加成，使芳醛羰基发生羰基极性转移，形成氰醇负离子，进而发生质子转移，然后碳负离子再与另一分子的芳醛进行加成，加成产物再经质子转移后消除氰负离子得到α-羟基酮。三、活化导向基的应用返回本节2023/4/1064一、基团保护与活化二、醇、酚羟基的保护三、氨基的保护四、羧酸的O-H键及硫醇的S-H键的保护五、醛、酮羰基的保护六、活化技术在药物合成中的应用学习小结

第十一章

基团保护与活化在药物合成中的作用2023/4/101．当复杂的分子中含有多个能够同时进行同一种反应的基团时，这时往往利用保护基将其中不需要反应的基团先保护起来，待合成任务完成后，再脱去保护基。所以说，基团保护在解决复杂有机药物的合成上具有重要作用。2．活化技术有活化导向技术、催化活化技术、活性中间体应用技术、基团活化试剂应用技术等，这些都广泛应用于各单元反应之中。活化导向基的含义是：在反应物的分子中引入导向基后，使其分子的某一部位变得比其他部位更容易发生反应，当在这一部位上引入所需的基团后，再脱去导向基。3．保护基的使用应遵循易反应、易除去、成本低廉、选择性高等原则。一、基团保护与活化返回本节2023/4/1066二、醇、酚羟基的保护1.醇、酚羟基形成醚类保护基基本结构（R-O-R’），保护基的种类（R’的不同），一般制备方法（O-烃基化反应）；形成羧酸酯保护基：基本结构（R-O-COR’），保护基的种类（R’-CO-的不同），一般制备方法（O-酰化反应）；形成缩醛和缩酮衍生物：一般制备方法为二醇与羰基化合物的缩合反应，结构特点为含双氧杂的环状衍生物，保护基的种类为羰基试剂的不同。2.各类保护基脱保护的方法及适用于保护的药物范围见本章节的举例。返回本节2023/4/1067三、氨基的保护1.氨基形成酰胺保护基基本结构（R-NH-COR’），保护基的种类（R’-CO-的不同），一般制备方法（N-酰化反应）；形成氨基甲酸酯类保护基：基本结构（R-NH-COO-R’），保护基的种类（R’-OOC-的不同），一般制备方法（N-酰化反应）。2.各类保护基脱保护的方法及适用于保护的药物范围见本章节的举例。返回本节2023/4/1068四、羧酸的O-H键及硫醇的S-H键的保护1.羧酸的O-H键形成酯类保护基基本结构（RCOO-R’），保护基的种类（R’的不同），一般制备方法（酯化反应）；各类保护基脱保护的方法及适用于保护的药物范围见本章节的举例。2.硫醇的S-H键可形成硫醚保护基（R-S-R’）；半硫缩醛、硫缩醛保护基（R-S-CH2-O-R’、R-S-CH2-S-R’）；硫醇酯保护基（R-S-CO-R’）。各类保护基脱保护的方法及适用于保护的药物范围见本章节的举例。返回本节2023/4/1069五、醛、酮羰基的保护1.醛、酮羰基形成缩醛和缩酮保护基：基本结构与一般制备方法（两个醇或二醇与醛、酮的羰基发生亲核加成反应），保护基的种类（取决于醇或二醇的种类，最常用的为1,3-二氧戊环保护基）；形成半硫和硫代缩醛（酮）保护基：基本结构与一般制备方法（由硫醇、巯基醇或二硫醇与醛、酮的羰基发生亲核加成反应）。2.各类保护基脱保护的方法及适用于保护的药物范围见本章节的举例。返回本节2023/4/1070六、活化技术在药物合成中的应用1．催化活化技术应用最为广泛，主要有一般催化剂催化活化、酶催化活化、相转移催化活化、分子筛催化活化等。应熟悉它们各自的优缺点和适用范围，并能举例说明其作用原理。2．活性中间体和基团活化试剂的应用都是在反应物上引入一个活性基团，不同的是前者是已经成为该反应物的一个中间体（活性），而后者则只是为了活化该反应物某官能团。3．活化导向基与基团活化试剂的应用类似，主要区别是在反应物上引入活化导向基后，不一定是引入的部位活化，而能使反应物的其他部位活化。返回本节2023/4/1071一、选择题（一）单项选择题（二）多项选择题

二、简答题三、完成下列反应方程式或反应条件目标检测

第十一章

基团保护与活化在药物合成中的作用2023/4/10目标检测一、选择题（一）单项选择题1．使分子的某一部位变得比其他部位更容易发生反应的导向基是A．保护基B．活化基C．钝化基D．阻断基2．酚类化合物与异丁烯反应生成的醚类保护基是A．甲醚保护基B．烯丙醚保护基C．叔丁醚保护基D．苄醚保护基3．广泛应用于糖、核苷及甘油酯中的伯醇基的醚类保护基是A．甲醚保护基B．苄醚保护基C．烯丙醚保护基D．三苯甲醚保护基4．只需在稀醇中加热回流即可脱除的保护基是A．三甲基硅烷醚保护基B．三苯甲醚保护基C．叔丁醚保护基D．苄醚保护基5．异亚丙基缩酮保护基多用于保护甾类、甘油酯和糖类分子中的A．酚羟基B．羰基C．双键D．二醇返回查看答案2023/4/10736．在羟基存在下可选择性酰化氨基得乙酰氨保护基的酰化剂是A．乙酸B．乙酐C．乙酸五氟苯酯D．三氟乙酸7．氨基采用卤代乙酰基保护比采用乙酰基保护的优点是A．形成的保护基更稳定B．脱保护时对分子的其他部分有影响C．需强酸强碱脱保护D．受卤素的影响而容易脱除保护基8．胺与特定的氯代甲酸酯作用形成的保护基是A．酰胺保护基B．氨基甲酸酯保护基C．磺酰胺保护基D．-烃基化保护基9．羧酸可形成取代苄酯来保护羟基，其中不易被酸断裂的保护基是A．对硝基苄酯保护基B．对甲氧基苄酯保护基C．2,4,6-三甲基苄酯保护基D．五甲基苄酯保护基10．既能保护又能活化氨基酸羧基的保护基是A．硝基酚酯保护基B．二甲基硅酯保护基C．取代苄酯保护基D．取代乙酯保护基目标检测返回查看答案2023/4/107411．半胱氨酸的巯基与二氢吡喃作用生成的保护基是A．硫醚保护基B．半硫缩醛保护基C．硫缩醛保护基D．硫醇酯保护基12．生成1,3-二氧戊环保护基最容易的酮是A．芳香酮B．α,β-不饱和酮C．环戊酮D．环己酮13．氯化氨基酮衍生物容易使氨基和巯基化合物发生烷基化反应，它是一个A．化学催化剂B．活性中间体C．基团活化试剂D．活化导向基14．芳香磺酰氯可与醇羟基生成芳磺酸酯，这是一个A．活性中间体B．活化导向基C．活化基团D．保护基团15．在1,3,5-三溴苯的合成中，在苯环上先引入氨基的作用是A．活性中间体B．活化导向基C．活化基团D．保护基团目标检测返回查看答案2023/4/1075（二）多项选择题1．醇、酚羟基的甲醚保护基可用Lewis酸脱保护，主要有A．三氯化铝B．三氯化硼C．三溴化铝D．三溴化硼E．三氟乙酸2．醇、酚羟基常用的保护基有A．醚类衍生物B．羧酸酯衍生物C．缩醛衍生物D．缩酮衍生物E．酰胺衍生物3．氨基常用的保护方法有A．形成酰胺衍生物B．形成氨基甲酸酯衍生物C．形成-烃基化衍生物D．质子化作用E．螯合作用4．羧酸的甲硫乙酯保护基常选用的脱保护试剂有A．锌/乙酸B．/碱C．碘甲烷/碱D．三氟乙酸E．80％乙酸5．硫醇可以形成的保护基有A．二硫化物B．硫醚C．硫缩醛D．硫醇酯E．磺酰胺6．醛、酮的羰基可以形成的保护基有A．半缩醛B．缩醛（酮）C．半硫缩酮D．硫缩醛（酮）E．烯醇和烯胺目标检测返回查看答案2023/4/1076二、简答题1．对理想保护基的基本要求有哪些？2．活化导向基的含义是什么？举例说明之。3．在前列腺素的合成中，为什么采用三甲基硅烷醚为其叔羟基的保护基？4．在半合成青霉素的生产中，怎样从青霉素G中获取6-氨基青霉烷酸？5．说出不同的羰基化合物生成1,3-二氧戊环保护基的难易程度，并举例说明之。目标检测返回2023/4/1077三、完成下列反应方程式或反应条件1．2．目标检测2023/4/10783．4．5．目标检测返回2023/4/1079参考答案一、选择题（一）单项选择题1.B2.C3.D4.A5.D6.C7.D8.B9.A10.A11.B12.D13.B14.C15.B

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