化學(xué)合成中有關(guān)官能團(tuán)保護(hù)問題探析

李瑛(陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院地質(zhì)測(cè)量系 712000)

1 前言

有機(jī)合成是有機(jī)化學(xué)的重要組成部分，人們通過有機(jī)合成，合成了許多自然界存在或不存在的具有優(yōu)良性能的產(chǎn)品，使人們的生活更加豐富多彩。因此，有機(jī)合成已經(jīng)是國際中不可或缺的領(lǐng)域。在有機(jī)合成中，不少反應(yīng)物分子內(nèi)往往存在不止一個(gè)可發(fā)生反應(yīng)的基團(tuán)，在這種情況下，不僅常常使產(chǎn)物復(fù)雜化，而且有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致所需反應(yīng)的失敗。這時(shí)就需要采用基團(tuán)的保護(hù)策略。近年來，隨著合成復(fù)雜的天然有機(jī)物的需要，新保護(hù)基的設(shè)計(jì)、引入保護(hù)基使用的新試劑、解除保護(hù)基采用的新方法諸方面的研究均取得了很大的進(jìn)展，對(duì)于基團(tuán)的保護(hù)問題在化學(xué)合成中越來越受到重視，所以在保護(hù)基團(tuán)的問題上引導(dǎo)我們更深入地思考研究它。

2 炔基的保護(hù)

已知多炔類和乙烯炔類化合物在所進(jìn)行的反應(yīng)中有某些選擇性。Raphael指出雙取代炔類可用鈉在液氨中還原，而末端炔可以鈉鹽形式受到保護(hù)。這一方法有可能在有末端炔存在時(shí)還原二取代炔鍵，這樣從二炔以立體特異的方式合成反式烯炔。當(dāng)用鋰在液氫中還原烯酮時(shí)，這種方法可用來保護(hù)分子中的單取代炔。Raphael研究了其他可能保護(hù)末端炔的方法，發(fā)現(xiàn)其中最好的保護(hù)形式是溴代炔。

Arens應(yīng)用Petrov的發(fā)現(xiàn)，找到將炔基硅化能保護(hù)末端炔鍵不被催化還原，而這個(gè)條件在不被保護(hù)的分子中能首先還原末端炔，他用這種方法曾還原三炔的中間炔基，然后用硝酸銀含水醇溶液處理得游離的炔基。Sondheimer用同樣的方法保護(hù)末端炔鍵不被溴化。

也可以用生成八羰基二鈷的復(fù)合物來保護(hù)炔鍵，在炔基存在下還原和硼氫化烯鍵。炔鍵可用硝酸鐵或硝基鈰銨作用而再生。

3 醇羥基的保護(hù)

醇羥基常用的保護(hù)方法有3類：分別是轉(zhuǎn)化成醚類、縮醛和縮酮類、酯類的保護(hù)法。

3.1 轉(zhuǎn)變成醚保護(hù)法

將羥基轉(zhuǎn)變成醚是常用的保護(hù)羥基的方法。

3.1.1 生成甲醚保護(hù)法

用生成甲醚的方法保護(hù)羥基是一個(gè)經(jīng)典方法。通常使用硫酸二甲酯，在氫氧化鈉或氫氧化鋇存在下，在DMF或DMSO溶劑中反應(yīng)得到。

優(yōu)點(diǎn)：該保護(hù)基很容易引入，且對(duì)酸、堿、氧化劑和還原劑都很穩(wěn)定。

缺點(diǎn)：難于脫保護(hù)，用氫鹵酸回流脫保護(hù)基條件比較劇烈，常使分子遭到破壞，只有當(dāng)分子中其他部位沒有敏感基團(tuán)時(shí)才適用。

3.1.2 生成叔丁醚保護(hù)法

將醇的二氯甲烷溶液或懸浮液在 硫酸復(fù)合物存在下，在室溫與過量的異丁烯作用，可得到叔丁醚。

優(yōu)點(diǎn)：對(duì)堿及催化氫化是穩(wěn)定的

缺點(diǎn)：對(duì)酸敏感，其穩(wěn)定性低于甲醚。由于脫保護(hù)基所用的酸性條件劇烈，當(dāng)分子中存在對(duì)酸敏感的基團(tuán)時(shí)不適用

3.1.3 生成三甲硅醚保護(hù)法

三甲硅醚廣泛用于保護(hù)糖類、甾類及其他醇羥基。通常引入三甲基硅基保護(hù)基所用的試劑有三甲基氯化硅和堿；六甲基二硅氨烷。在含水醇溶液中加熱回流即可除去保護(hù)基。

優(yōu)點(diǎn)：醇的三甲硅醚對(duì)催化氫化、氧化還原反應(yīng)是穩(wěn)定的，該保護(hù)基可在非常溫和的條件下引入和去除。

缺點(diǎn)：對(duì)酸和堿敏感，只能在中性條件下使用。

3.2 轉(zhuǎn)變成縮醛或縮酮保護(hù)法

2,3-二氫-4H-吡喃在酸的催化作用下，與醇類起加成反應(yīng)，生成四氫吡喃醚衍生物。這是最常用的醇羥基的保護(hù)方法之一。此保護(hù)基廣泛用于炔醇、甾類及核苷酸的合成中。

3.3 轉(zhuǎn)變成酯保護(hù)法

醇與酰鹵、酸酐作用生成羧酸酯；與氯甲酸作用生成碳酸酯，所生成的酯在中性和酸性條件下比較穩(wěn)定，因此可在硝化`氧化和形成酰氯時(shí)用成酯的方法保護(hù)羥基。保護(hù)基團(tuán)可通過堿性水解除去，或在鋅-銅的乙酸溶液中除去。

4 酚羥基的保護(hù)

在合成中用于保護(hù)醇類和酚類的功能基類型之間存在著許多相似之處，這是由于這兩種羥基的一般化學(xué)性質(zhì)極相類似。然而，也存在著化學(xué)反應(yīng)性能的重要差異，這使酚類化合物在保護(hù)時(shí)和最后除去保護(hù)基時(shí)，都有較大程度的選擇性。

前一類主要是烷基醚和縮醛，此外尚有三甲硅基醚，以及少數(shù)情況下的乙烯醚及芳醚。酯保護(hù)基一般是?；蚧酋；?。這兩大類對(duì)酚提供了廣范圍的功能基，且對(duì)酸、堿、氧化和還原劑的敏感程度也有廣范圍的差異。這里我將重點(diǎn)談?wù)劮拥耐榛Ｗo(hù)法。酚的烷基化可用三種類型反應(yīng)來進(jìn)行[6]。

酯-OCH0-OCOCH3-OCOPh-OCOAr-OCONH2-OCOOCH3,-OCOOC2H5-OCOSPh-OCOCH2CCl3-OSO3H醚和縮醛-OCH3-OCH(CH3)3-OC(CH3)3-OCH2Ph-OCH2OPh-OCH＝CH2-OAr-OCH2OCH3-SiMe3

第一種方法是將游離酚與重氮烷（CH2N2,CH3CHN2,PhCHN2）反應(yīng)進(jìn)行保護(hù)的。重氮烷與酚在惰性溶劑中常常很快作用，并且僅僅形成極少量的副產(chǎn)物。反應(yīng)是從酚上的質(zhì)子轉(zhuǎn)移到重氮烷而開始的，如果試劑中有微量的堿就會(huì)使烷基化不完全。因?yàn)榉磻?yīng)是由質(zhì)子轉(zhuǎn)移開始的，酚基酸性的差別有可能導(dǎo)致部分烷基化。

第二種方法是應(yīng)用鹵代烷和硫酸酯與酚作用進(jìn)行保護(hù)。鹵代烷、硫酸或亞硫酸酯在堿存在下與酚作用，或與其酰化衍生物作用進(jìn)行酚羥基的保護(hù)。

第三種方法是在酸性條件下，烯與酚反應(yīng)進(jìn)行保護(hù)

這三種方法用于游離酚基的醚化時(shí)能否成功，非常強(qiáng)烈地受制于酚羥基的立體環(huán)境及其酸性和親核性的影響。這些錯(cuò)綜復(fù)雜的因素使烷基化具有程度不同的選擇性。

結(jié)論

通過對(duì)有機(jī)化合物中各類官能團(tuán)的保護(hù)方法的系統(tǒng)探討，可以看出無論選用任何保護(hù)方法和保護(hù)基都必須根據(jù)需要，并且盡量使反應(yīng)條件平和，過程簡單，故對(duì)保護(hù)基的選擇必須考慮以下幾點(diǎn)：（1）保護(hù)基能與被保護(hù)基團(tuán)能發(fā)生有效反應(yīng)。（2）保護(hù)基分子具有一定穩(wěn)定性。（3）脫保護(hù)基條件溫和，不影響原官能團(tuán)及其他官能團(tuán)和分子結(jié)構(gòu)。（4）要考慮反應(yīng)物的產(chǎn)率，立體結(jié)構(gòu)及提純。

[1]趙知、周瑾、姜蕓珍，有機(jī)化學(xué)中的保護(hù)基團(tuán)，科學(xué)出版社,2009年

[2]吳毓、姚祝軍、胡泰山 ，現(xiàn)代有機(jī)合成化學(xué)，科學(xué)出版社,2006年

[3]王玉爐，有機(jī)合成化學(xué) ，科學(xué)出版社 ，2004年

[4]徐壽昌，《有機(jī)化學(xué)》第一版，人民教育出版社，2009年

[5]徐家業(yè)，高等有機(jī)合成 ，化學(xué)工業(yè)出版社 ，2004年

[6]高等有機(jī)化學(xué)導(dǎo)論第二版，華中師范大學(xué)出版社，2007年