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常见的羟基的保护与脱保护方法

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2021-01-31 16:39
tags:

-

2021年1月31日发(作者:shirt是什么意思)









1.




介< /p>









< p>














2


2.


















< br>…










2


2.


1









(


T


M


S


-


O


R


)



< br>…
















3


2.


2



叔< /p>









< p>
(


T


B


D


M


S


-


O

R


)








…< /p>








4


2


.


3







< br>硅



(


T


B


D


P


S


-


O


R


)














< br>4



3.










…< /p>









< p>








6


4.




代< /p>









< p>











7


5.




代< /p>









< p>












8


6.








…< /p>









< p>














9


7.


















< br>…











1


0


1.



前言



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、酸基等多种官能团。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。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。



2.



羟基硅醚保护及脱除




硅醚是最常见的保护羟基的方法之一。随着硅原子上的取代基的不同,保护和去保护

< br>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

< br>主要因素。在进行选择性去保护反应时,硅原子周围的空间效应,以及被保护分子的结构

< br>环境均需考虑。例如,一般情况下,在


TBDMS


基团存 在时,断裂


DEIPS(


二乙基异丙基硅



)


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。电子效应的不同也会影响反应的选择性。对于两种空间结

构相似的醇来说,电子云密度不同造成酸催化去保护速率不同,因此可以选择性去保护。

这一点对酚基和烷基硅醚特别有效: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。对大多数醚来说,在酸中的稳定性为


TMS


(1)


(64)


(20,000)


(700,000)


(5,000,000)< /p>









< p>
TMS


(1)


(10-100)


(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。


< p>
任何羟基硅醚的都可以通过四烷基氟化胺如


TBAF


脱除,其主要硅原子对氟原子的亲


和性远远大于硅


-


氧之间的亲和性。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


(Bu


4

< p>
N


+


:


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。



使用硅醚保护的另一个好处是可以在分子中游 离伯胺或仲胺基的存在下,对羟基进行


保护,其主要由于硅


-< /p>


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不同之处。顺便提一句,一般而言,决 大部分的硅


-


氮键的结合是不稳


定的, 其很容易被水解掉。



2.1


三甲基硅醚的保护



(TMS-OR)


许多硅基化试剂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其相色谱和质谱分析。



2.1.1


三甲基硅醚羟基保护示例



(


J. .


1996,


61


, 2065)


Compound


1


(3.00g, 4.286mmol) was dissolved in dry DMF (17 mL). To this solution at 0


o


C was


added


imidazole


(874.3


mg,


12.86mmol),


followed


by


TMSCl


(1.63


mL,


12.86


mmol).


After


stirring at 0


o


C for 1.5 h, the reaction mixture was diluted with EtOAc (300 mL) and washed with


water (3


?


20 mL) and then brine (30 mL). The organic layer was dried and concentrated


in vacuo


.


The resulting material was then dissolved in dry DMF (20 mL) and treated at 0


o


C with imidazole


(816


mg,


12.00


mmol),


followed


by


chlorodimethylsilane


(1.135g,


12.00mmol).


The


reaction


mixture was stirred for 1h at 0


o


C and then diluted with EtOAc (200mL). The organic layer was


washed


with


water


and


brine.


Upon


silica


gel


chromatography


(10%


ethyl


acetate


in


hexane),


3.197 g (90%) of the desired product


2


was obtained.


Cleavage (


J. .


1996,


61


, 2065)


Hydrolysis was carried out under aprotic condition-anhydrous tetrabutylammonium


fluoride in THF solution.


2.2 t-Butyldimethylsilyl ether (TBDMS- OR)


在化学合成中,采用硅基化进行羟基保护生成叔丁基甲基硅基醚是应用较多的方 法之


一。一般来说,在分子中羟基位阻不大时主要通过


TBSC l


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


TBS OTf


来实现。生成的叔丁基二甲基醚在多种有机反


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。它在碱性水解时的


稳定性约为 三甲基硅醚的


10


4


倍。它对碱稳定。 相对来说对酸敏感些。


TBS


醚的生成和断裂

< br>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。在

< br>伯、仲醇中,


TBS


基相对来说较易于与伯醇反应。


TBS


醚的断裂除了常用的四烷基氟化胺


















< br>内




















HCl-MeOH,


HCl-Dioxane


体系去除


T BS


,若有对强酸敏感的官能基存在时,则可选用


AcOH- THF


体系去除。



2.2.1


通过


TBSCl


进行羟基的叔丁基二甲基硅 醚保护示例



(


J.


Am.


Chem.


Soc.



1972,


94


,


6190)


The hydroxyl lactone


1


, upon treatment with TBDMSCl (1.2 equiv) and imidazole (2.5


equiv.) in DMF (2 mL/g of


1


) at 35


o


C for 10 h, produced the silyl ether-lactone


2



in 96% yield.


2.2.2


通过


TBSOTf


进行羟基的叔丁基二甲基硅醚保护示 例


( 1987,


52


, 622)


To an ice-cold solution of 4.8 g of pyridine (2.0 equiv) and 4.20 g of 1 in 30 mL


of


dry


acetonitrile


was


added


slowly


9.6


g


of


tert- butyldimethylsilyl


triflate


(36.2


mmol, 1.2 equiv). The reaction mixture was stirred for


5


h at room temperature and


then


poured


into


200


mL


of


saturated


sodium


bicarbonate


solution


at


0


o


C.


The


solution


was extracted thoroughly with hexane, and the organic extracts were dried over


anhydrous potassium carbonate and filtered. Removal of the solvent under reduced


pressure followed by distillation of the residue gave 6.29 g (82% yield).



2.2.3


通过


TBAF



TBDPS


示例



(


Can. J. Chem.


1975,


53


, 2975)


To


a


solution


of


THP


ether


1


(1.7


g,


3.3


mmol)


in


THF


(10


mL)


was


added


a


1


M


solution


of


tetrabutylammonium fluoride in THF (5 mL, 5 mmol) at 22-24


o


C. The solution was stirred for 2 h


and


diluted


with


100


mL


(1:1)


of


Et


2


O/EtOAc


solution.


The


organic


layer


was


separated


and


washed with H


2


O (3


?


100 mL). The water extract was washed with 2:1 Et


2


O/EtOAc solution (2


?



50 mL), and the organic layers were combined and dried over MgSO


4


. The solvent was evaporated



in vacuo


, and the residue was chromatographed over silica gel using (5:1) hexanes/ethyl acetate


solution to give 2 (0.75 g, 82%).




2.2.4


通过


AcOH-THF< /p>



TBS


示例


(


Tetrahedron Lett.


1988,


29


, 6331)


Selective


removal


of


one


of


the


TBDMS


groups


of


1


was


accomplished


by


treatment


with


acetic acid-water-


THF (13:7:3) (30°C


, 15h) to give the monohydroxy compound 2 in


79% yield.


2.3 t-Butyldiphenylsilyl ether (TBDPS- OR)


在酸性水解条件下


TBDPS


保护基比


TBDMS


更加稳定


(约


100


倍)


,而


T BDPS


保护基


对碱的稳定性比


TBD MS


要差。



另外,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


TBDM S


基团更好


的稳定性。


TBDMS


基团在酸性条件下不易迁移。


TBDPS


醚 对


K


2


CO


3



/CH


3


O H


,对


9


M



水、


60


℃、


2h


;对


MeONa



cat.



/CH


3


OH



25


℃、


24h


均稳定。该醚对


80%


乙酸稳定,后者


可用于脱除醚中


TBDMS

< p>
,三苯甲基,四氢吡喃保护基也对


HBr


/Ac OH



12


℃,


2min


;对


25%~75%


甲酸,


25


℃,


2h~6h

< br>;以及


50%


三氟乙酸,


25< /p>


℃,


15min


稳定。

< br>


2.3.1


通过


TBDPS Cl


进行羟基的叔丁基二甲基硅醚保护示例


(

< br>. Chem


, 1992,


57


, 1722)


To a solution of 1,4-butanediol (5 g, 55 mmol) in CH


2


Cl


2


(10 mL) containing i-Pr


2


NEt


(10


mL)


was


added


t-BDPSiCl


(5


mL,


18


mmol)


dropwise


under


N


2



at


22-24


o


C.


The


solution


was stirred at 22-24


o


C for 2 h, concentrated in vacuo and chromatographed, eluting


with hexanes/ethyl acetate (10:1) to 2 (clear oil, 5.6 g, 95%).



2.4



三异丙基硅醚保护



(TIPS- OR)


酸性水解时,有较大体积的


TIPS

< br>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。

< p>
TIPS


基碱性水解时比


TBDMS


基或


TBDPS


基稳定。相对于仲羟基,

< p>
TIPS


基对伯羟基有更好的选择性。



2.4.1


通过


TIPSCl

< br>进行羟基的三异丙基硅醚保护示例


(


J. Org. Chem.


1995,


60


, 7796)



To


a


stirred


solution


of


(1)(1.5


g)


in


CH


2


Cl


2



(53


mL)


cooled


to


0


o


C


were


successively


added


2,6-lutidine (6.2 mL, 53.3 mmol) and triisopropylsilyl triflate (7.90 mL, 29.5mmol).



The mixture


was


allowed


to


warm


to


room


temperature


(30


min).



Then


excess


triflate


was


consumed


by


addition of methanol (10 mL) and a saturated aqueous NH


4


Cl solution (60 mL).



The phase was


separated and the aqueous layer was extracted with CH


2


Cl


2


(4


?


50 Ml).



The combined organic


phases were washed with a saturated NaHCO


3


(100 mL) a, 1M NaHSO


4


(3


?


50 mL), and brine


(50


mL),


dried


over


Na


2

SO


4


,


filtered,


and


concentrated.



Purification


by


flash


chromatography


(10% ethyl acetate in hexane) afforded silyl ether (2) (6.90 g, 89%).




3.



羟基苄醚保护及脱除




一般羟基的苄醚保护主要有苄基,对甲氧苄基及三苯甲基醚。



3.1


苄基醚保护羟基



(Bn-OR)


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



NaI,KI


催化反应。



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。在含色氨酸的肽中氢解苏氨酸常导致色氨酸还原成


2

< br>,


3-


二氢衍生物。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


Na


2


CO


3


可以防止苄基被裂 解,


但可使双键发生还原。孤立烯烃有可能影响苄基醚键的裂解(


H


2



5% Pd-C



97%


产率)


。一


般而言选择性的大小取决于取代的类型及空间位阻的情况。与酯共扼的三取代的烯烃存在


时,苄基的水解也有相当好的选择性。对甲氧苄基基团存在时,苄基的水解(

< br>Pd-C



EtOAc



室温,


18


小时)有非常好的选择性。在反应 体系中加入


Pyridine


可使对甲氧苄基和苄基氢


解产生区别。



苄基的氢解有溶剂的作用,如下列表:



Effect of solvent on the hydrogenlysis of benzyl ether


Solvent


THF


Hexanol


Methanol


Toluene


Hexane


Reaction rate(mm H


2


/ min /0.1g cat)


40


25


5


2


6


3.1.1

< br>烷基羟基的苄基醚保护示例


(


Bull. Chem. Soc. Jpn.


1987,


60


, 1529)


Compound


1


(12.1 g) in DMF (200 mL) was treated with 60% NaH (1.32 g), benzyl bromide (6.44


g) and tetrabutylammonium iodide (0.11 g). The reaction mixture was stirred at room temperature


for 1.5 h. The product was purified by chromatography on silica gel with toluene-ethanol (20:1) to


give


2


(14.0 g, 99%).


3.1.2


酚羟基的苄基醚保护示例




To a solution of 1 (37.65 g, 277 mmol) in EtOH (135 mL) was added benzyl chloride (36.5 g, 289


mmol), KI (1.75 g, 10 mmol) and K


2


CO


3


(24.6 g, 178 mmol) with stirring.



The resulting mixture


was refluxed for 5 h.



The mixture was allowed to cool to room temperature and the solvent was


removed in vacuo.



The residue was added water (100 mL) and extracted with Et


2


O (80 mL


?


3).



The extract was washed with saturated NaHCO


3


, water and brine successively.



The organic layer


was dried over Na


2


SO


4


and concentrated in vacuo to give the crude product, which was distilled to


afford


2


(49.1 g, 79%).


3.1.3


苄基醚氢解脱保护示例


(


J . Am. Chem. Soc.


1971,


93


, 1746)


Compound


3


(105 mg) was hydrogenated in ethanol (10 mL) containing 1M hydrochloric acid (0.5


mL) in the presence of 10% palladium on charcoal (50 mg) in an initial hydrogen pressure of 3.4


MPa overnight.


The product


was purified by


chromatography on silica


gel


with


toluene- ethanol


(3:1) to give


4


(90 mg, quant.)

-


-


-


-


-


-


-


-



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