常见的羟基的保护与脱保护方法.docx

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常见的羟基的保护与脱保护方法

常见的羟基的保护与脱保护方法

1.简介…………………………………………………………2

2.硅醚……………………………………………………………2

2.1三甲基硅醚（TMS-OR）…………………………………………3

2.2叔丁基二甲基硅醚（TBDMS-OR）………………………………4

2.3叔丁基二苯基硅醚（TBDPS-OR）………………………………4

3.苄醚…………………………………………………………6

4.取代苄醚……………………………………………7

5.取代甲基醚……………………………………………8

6.四氢吡喃醚……………………………………………………………9

7.烯丙基醚…………………………………………………………10

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）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）

（1）

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。

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（Bu4N+:

242）又特别的强

carbonateandfiltered.Removalofthesolventunderreducedpressurefollowedbydistillationoftheresiduegave6.29g（82%yield）.

2.2.3通过TBAF脱TBDPS示例（Can.J.Chem.1975,53,2975）

ToasolutionofTHPether1（1.7g,3.3mmol）inTHF（10mL）wasaddeda1MsolutionoftetrabutylammoniumfluorideinTHF（5mL,5mmol）at22-24oC.Thesolutionwasstirredfor2handdilutedwith100mL（1:

1）ofEt2O/EtOAcsolution.TheorganiclayerwasseparatedandwashedwithH2O（3⨯100mL）.Thewaterextractwaswashedwith2:

1Et2O/EtOAcsolution（2⨯50mL）,andtheorganiclayerswerecombinedanddriedoverMgSO4.Thesolventwasevaporatedinvacuo,andtheresiduewaschromatographedoversilicagelusing（5:

1）hexanes/ethylacetatesolutiontogive2（0.75g,82%）.

2.2.4通过AcOH-THF脱TBS示例（TetrahedronLett.1988,29,6331）

SelectiveremovalofoneoftheTBDMSgroupsof1wasaccomplishedbytreatmentwithaceticacid-water-THF（13:

7:

3）（30°C,15h）togivethemonohydroxycompound2in79%yield.

2.3t-Butyldiphenylsilylether（TBDPS-OR）

在酸性水解条件下TBDPS保护基比TBDMS更加稳定（约100倍），而TBDPS保护基对碱的稳定性比TBDMS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TBDMS基团更好的稳定性。

TBDMS基团在酸性条件下不易迁移。

TBDPS醚对K2CO3/CH3OH，对9M氨水、60℃、2h；对MeONa（cat.）/CH3OH、25℃、24h均稳定。

该醚对80%乙酸稳定，后者可用于脱除醚中TBDMS，三苯甲基，四氢吡喃保护基也对HBr/AcOH，12℃，2min；对25%~75%甲酸，25℃，2h~6h；以及50%三氟乙酸，25℃，15min稳定。

2.3.1通过TBDPSCl进行羟基的叔丁基二甲基硅醚保护示例（J.Org.Chem,1992,57,1722）

Toasolutionof1,4-butanediol（5g,55mmol）inCH2Cl2（10mL）containingi-Pr2NEt（10mL）wasaddedt-BDPSiCl（5mL,18mmol）dropwiseunderN2at22-24oC.Thesolutionwasstirredat22-24oCfor2h,concentratedinvacuoandchromatographed,elutingwithhexanes/ethylacetate（10:

1）to2（clearoil,5.6g,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。

TIPS基碱性水解时比TBDMS基或TBDPS基稳定。

相对于仲羟基，TIPS基对伯羟基有更好的选择性。

2.4.1通过TIPSCl进行羟基的三异丙基硅醚保护示例（J.Org.Chem.1995,60,7796）

Toastirredsolutionof

（1）（1.5g）inCH2Cl2（53mL）cooledto0oCweresuccessivelyadded2,6-lutidine（6.2mL,53.3mmol）andtriisopropylsilyltriflate（7.90mL,29.5mmol）.Themixturewasallowedtowarmtoroomtemperature（30min）.Thenexcesstriflatewasconsumedbyadditionofmethanol（10mL）andasaturatedaqueousNH4Clsolution（60mL）.ThephasewasseparatedandtheaqueouslayerwasextractedwithCH2Cl2（4⨯50Ml）.ThecombinedorganicphaseswerewashedwithasaturatedNaHCO3（100mL）a,1MNaHSO4（3⨯50mL）,andbrine（50mL）,driedoverNa2SO4,filtered,andconcentrated.Purificationbyflashchromatography（10%ethylacetateinhexane）affordedsilylether

（2）（6.90g,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，或加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2，3-二氢衍生物。

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Na2CO3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（H2，5%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（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：

Effectofsolventonthehydrogenlysisofbenzylether

Solvent

Reactionrate（mmH2/min/0.1gcat）

THF

40

Hexanol

25

Methanol

5

Toluene

2

Hexane

6

3.1.1烷基羟基的苄基醚保护示例（Bull.Chem.Soc.Jpn.1987,60,1529）

Compound1（12.1g）inDMF（200mL）wastreatedwith60%NaH（1.32g）,benzylbromide（6.44g）andtetrabutylammoniumiodide（0.11g）.Thereactionmixturewasstirredatroomtemperaturefor1.5h.Theproductwaspurifiedbychromatographyonsilicagelwithtoluene-ethanol（20:

1）togive2（14.0g,99%）.

3.1.2酚羟基的苄基醚保护示例

Toasolutionof1（37.65g,277mmol）inEtOH（135mL）wasaddedbenzylchloride（36.5g,289mmol）,KI（1.75g,10mmol）andK2CO3（24.6g,178mmol）withstirring.Theresultingmixturewasrefluxedfor5h.Themixturewasallowedtocooltoroomtemperatureandthesolventwasremovedinvacuo.Theresiduewasaddedwater（100mL）andextractedwithEt2O（80mL⨯3）.TheextractwaswashedwithsaturatedNaHCO3,waterandbrinesuccessively.TheorganiclayerwasdriedoverNa2SO4andconcentratedinvacuotogivethecrudeproduct,whichwasdistilledtoafford2（49.1g,79%）.

3.1.3苄基醚氢解脱保护示例（J.Am.Chem.Soc.1971,93,1746）

Compound3（105mg）washydrogenatedinethanol（10mL）containing1Mhydrochloricacid（0.5mL）inthepresenceof10%palladiumoncharcoal（50mg）inaninitialhydrogenpressureof3.4MPaovernight.Theproductwaspurifiedbychromatographyonsilicagelwithtoluene-ethanol（3:

1）togive4（90mg,quant.）

3.2对甲氧基苄基醚保护羟基（PMB-OR）

各种甲氧基苄醚已经合成得到并被用作保护基。

实际上甲氧基取代的苄基醚较未取代的苄基醚更容易通过氧化去保护。

下表给出了用二氯二氰苯醌去保护时的相对速率。

CleavageofMPM,DMPM,andTMPMetherswithDDQinCH2Cl2/H2Oat20oC

ProtectiveGroup

Time（h）

Yield（%）

iiiii

ProtectiveGroup

Time（h）

Yield（%）

（ii

3,4-DMPM

<0.33

86

84

2-MPM

3.5

93

70

4-MPM

0.33

89

86

3,5-DMPM

8

73

92

2,3,4-TMPM

0.5

60

75

2,3-DMPM

12.5

75

73

3,4,5-TMPM

1

89

89

3-MPM

24

80

94

2,5-DMPM

2.5

95

16

2,6-DMPM

27.5

80

95

一般而言，对甲氧基苄醚在合成中更为常用，羟基上对甲氧基苄基的方法和苄基类似，但脱除除了氢解的方法外，还可以氧化除去。

3.2.1对甲氧基苄基醚保护示例（TetrahedronLett.1988,29,2459）

ToastirredsuspensionofNaH（26mg1.09mmol）inDMSO（1mL）wasaddeddropwiseaTHFsolution（3mL）of1（250mg,0.78mmol）underAr.After45min.atroomtemperatureMPMchloride（158mg,1.01mmol）wasadded,andthestirringwascontinuedfor3h.themixturewaspouredintosat.NH4Claq.Andthenextractedwithether.Theextractwaswashedwithsat.NaClaq.,driedoverMgSO4,andconcentratedinvacuotoleaveanoil,whichwaschromatographedonashortsilicagelcolumnelutionwithEtOAc-n-hexane（1:

1）gaveacolorlessoilof2296mg,86%.

3.2.2在苄氧基存在下选择性脱去对甲氧基苄基示例（TetrahedronLett.1988,29,2459）

Toastirredsolutionof2（92mg,0.286mmol）inCH2Cl2（2.9mL）andwater（0.17mL）wasaddedDDQ（97mg,0.427mmol）atroomtemp.After2.5hprecipitatedDDQHwasremovedbydecantationandwashedwithasmallamountofCH2Cl2.ThecombinedCH2Cl2solutionwaswashedwithsat.NaHCO3aq.Andsat.NaClaq.AnddriedoverNa2SO4.Evaporatedofthesolventinvacuogaveanoil,whichwaschromatographedonasilicagelcolumnwithEtOAc-n-hexane（1:

1）aseluantgaveacolorlesssolidof143.8mg,84%.

4.烷氧基甲基醚或烷氧基取代甲基醚

烷氧基甲基醚或烷氧基取代甲基醚在羟基保护中也是较为多用的一类，常用的有THP（2-四氢吡喃），MOM（甲氧基甲机基），EE（2-乙氧基乙基），这类保护基都对酸不稳定，因此一般都是脱保护。

它们对酸的稳定性是MOM>EE>THP。

4.1THP（2-四氢吡喃）保护羟基

THP醚引入到一个手性分子的结果是形成了一个非对映体，因为在四氢吡喃环上新增了一个手性中心。

（有时它会使NMR谱的表达有点困难）。

尽管如此，它仍是有机合成中一个非常有用的保护基团，它的成本低，易于分离，对大多数非质子酸试剂有一定的稳定性，易于被出去。

通常，几乎任何酸性试剂或任何可以在原位产生酸的试剂都可被用来引入THP基团。

4.1.1THP（2-四氢吡喃）保护羟基示例（J.Org.Chem.1977,42,3772）

Toasolutionof1（1.5g,3.5mmol）inCH2Cl2（10mL）at22-24oCwasadded3,4-dihydro-2H-pyran（0.479mL,0.442g,5.25mmol）andPPTs（20mg,0.08mmol）.Thesolutionwasstirredat22-24oCfor1handdilutedwitha100-mLsolutionof（1:

1）diethyletherandethylacetate.Theorganiclayerwasseparated,washedwithH2O（3⨯100mL）,andtheresiduewaschromatographed,elutingwithhexane/ethylacetate（20:

1）togivetheTHPether2asclearoil（1.75g,97%）.

4.1.2THP（2-四氢吡喃）脱保护示例（J.Org.Chem.1977,42,3772）

Toanethanolsolution（30mL）ofTHPether1（1.87g,5mmol）wasaddedPPTS（20mg,0.08mmol）inoneportion.Thesolutionwasrefluxedfor1h,cooledto22-24oC,anddilutedwithamixtureofdiethylether（100mL）andH2O（200mL）.TheorganiclayerwaswashedwithH2O（2⨯100mL）,driedoverNa2SO4andconcentratedinvacuo.Theresiduewaspurifiedbychromatographyonsilicagel,elutingwithhexane/ethylacetate（3:

1）togive2（1.36g,94%）asclearoil.

4.2MOM保护羟基

MOM是一般是通过MOMCl-DIEA引入；其对酸还是较为稳定的，一般它的脱除需要在强酸条件下进行。

4.2.1MOM（CH3OCH2-OR）羟基保护示例（J.Org.Chem.1995,60,7796）

Toastirredsolutionof

（1）（51.0g,99mmol）inCH2Cl2（1.0L）atroomtemperatureweresuccessivelyaddedDIEA（51.5mL,0.297mol）andMOMCl（15.0mL,0.198mol）overa10minperiod.Thesolutionwasstirred11hatroomtemperatureafterwhichasaturatedaqueousNH4Clsolution（200mL）wasadded.Theaqueousphasewassegregated,andtheorganiconewaswashedwithwater（100mL）,brine（100mL0,driedwithanhydrousMgSO4,filtered,andconcentratedtogivepureMOMether

（2）（55.3g,100%）（slightlyyellowishoil）.

4.2.2MOM脱保护示例（ibid）

Toastirredsolution

（1）（1.00g,1