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谈谈那些年深爱过的保护基

合成具有多个官能团的化合物时,只希望让其中某一个官能团发生反应的例子很常见。

例如图1中所示,反应物中有3个羟基,但是希望其中一个氧化成醛基。如果只是按照直接氧化的话,其他两个羟基必定也会发生反应,这可怎么是好。

protec1_meitu_1

图1 想选择性进行氧化时

这个时候就按照图2蓝色部分所示,转换成醚键或者酯基这样的不易被氧化的官能团。

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图2 选择性进行反应

基于这种目的时使用的,可以再通过反应脱去的官能团被称为保护基(Protecting group)。今天就简单介绍一下保护基。

 

  保护基的性质

保护基正如上面所说到的,是一种通过特定的化学反应将官能团保护起来(提高其稳定性)为主要目的的基团。根据目的使原部位化学性质稳定,开发了各种各样的保护基。

此外,还有像下面要介绍的一些功能。

 ①提高溶解性降低极性:糖、氨基酸经常被用于合成起点。但是,这样的化合物极性较高,,大多数不溶于有机溶剂中,一部分溶于水中造成收成很低的结果。此时通过保护极性官能团就能够改善这一点。

 提高结晶性:精制合成中间体的时候,特别是扩大反应的情况下会希望尽可能避开过柱子。此时可通过重结晶的方法来选择合适的保护基,提高结晶的形成。如果能得到单晶的话通过X射线得到3次元结构的话从分析的观点上来说也是极为重要的。这里面常用到的就是−Br、−NO2或者带有方向官能团的开进行保护。

 生物活性的变化:生理活性物质中因为极性官能团作用使生物体高分子间发生相互作用的例子很多。通过导入保护基能够屏蔽下极性官能团,使生物活性降低。

 挥发性的变化:通过导入保护基、分子量变大、沸点升高。由此可以通过减压旋蒸简便地除去溶剂更容易干燥。除此以外,将羟基转化为甲醚或R−O−TMS等,分子量增加的同时极性也降低,其结果是增加了挥发性。这样的话,在质量分析或GC时更容易一些。

 使构造解析更容易:原本没有UV吸收带的化学物上加一个强UV吸收性的保护基的话可以提高在HPLC中的高感度检测。

 反应性的改变:使用立体位阻较大的保护基来可以遮住其附近的反应性,利用配位性保护基进行化学选择性反应

保护基中的代表

作为保护基不仅要容易上保护还必要要具备容易脱保护的性质。最终产物无法脱保护的例子在实际合成案例中很多,如果最后不能顺利脱去的话,保护基也就失去了意义。

 为了达到反应目的,不断开发出了各种各样的保护基,为了保证反应的进行我们有必要掌握它们各自的特点,要根据实际情况合理选择使用。

表1中列举了羟基被保护时几种代表保护基的简称以及脱保护条件。其他的保护基类型大家可以通过平时的论文积累进行总结,也可以多多利用化学空间的反应百科。

结构 名称(简称) 脱保护条件
  Benzyl苄基 (Bn) ・H2,Pd/C
・Na/NH3 等
  4-Methoxyphenylacetone 对甲基苄基醚(PMB or MPM) ・和Bn一样
・使用DDQ,氧化条件
  Methoxymethyl group甲氧基甲醚 (MOM) ・HCl/MeOH等酸性溶剂进行分解

・MeBBr2 等

  Trimethylsilyl group 三甲基硅氧醚 (TMS) ・AcOH/H2O/THF等酸性加水分解

・TBAF、HF-Py等氟离子
・稳定性: TMS<TES<TBS

  Triethylsilyl group 三乙基硅氧醚(TES)
  tert-butyldimethylsilyl group (TBS)
  Acetyl group 乙酰基(Ac) ・碱性条件下加水分解
・DIBAL・LAH还原等
  Benzoyl苯甲酰基(Bz)
  Trityl group 三苯甲基咪 (Tr) ・酸性加水分解等

表1:羟基类代表性保护基

实际反应例

根据不同的论文,来看看保护基的使用例和脱保护的条件。

图3中的例子1)是将MPM基团去除2)是将TBS基团导入

图3

图4中,不同条件下上TBS保护的不同情况

 

图4

图5中1)用乙酰基进行保护2)除去MEM基团。反应计划是除去MEM基团后,通过曾被保护的羟基进行光延反再进行重排反应。为此第一步的乙酰基保护就很重要了。

图5

结束语

上面为大家介绍的内容想必在平时的实验中都有些切身体会吧。保护基需要上保护和脱保护两个必要环节,也就意味着需要多个反应工程。但是对于现代有机合成来讲是不可缺少的环节。最近几年多有关于将保护基赋予其他活性在反应中兼并发挥保护之外的职能类的发表不断出现。借此机会一起多来学习学习保护基的县相关知识吧。

 

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