化學合成中有關官能團保護問題探析

李瑛(陜西能源職業技術學院地質測量系 712000)

1 前言

有機合成是有機化學的重要組成部分，人們通過有機合成，合成了許多自然界存在或不存在的具有優良性能的產品，使人們的生活更加豐富多彩。因此，有機合成已經是國際中不可或缺的領域。在有機合成中，不少反應物分子內往往存在不止一個可發生反應的基團，在這種情況下，不僅常常使產物復雜化，而且有時還會導致所需反應的失敗。這時就需要采用基團的保護策略。近年來，隨著合成復雜的天然有機物的需要，新保護基的設計、引入保護基使用的新試劑、解除保護基采用的新方法諸方面的研究均取得了很大的進展，對于基團的保護問題在化學合成中越來越受到重視，所以在保護基團的問題上引導我們更深入地思考研究它。

2 炔基的保護

已知多炔類和乙烯炔類化合物在所進行的反應中有某些選擇性。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。這一方法有可能在有末端炔存在時還原二取代炔鍵，這樣從二炔以立體特異的方式合成反式烯炔。當用鋰在液氫中還原烯酮時，這種方法可用來保護分子中的單取代炔。Raphael研究了其他可能保護末端炔的方法，發現其中最好的保護形式是溴代炔。

Arens應用Petrov的發現，找到將炔基硅化能保護末端炔鍵不被催化還原，而這個條件在不被保護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用同樣的方法保護末端炔鍵不被溴化。

也可以用生成八羰基二鈷的復合物來保護炔鍵，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

醇羥基常用的保護方法有3類：分別是轉化成醚類、縮醛和縮酮類、酯類的保護法。

3.1 轉變成醚保護法

將羥基轉變成醚是常用的保護羥基的方法。

3.1.1 生成甲醚保護法

用生成甲醚的方法保護羥基是一個經典方法。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溶劑中反應得到。

優點：該保護基很容易引入，且對酸、堿、氧化劑和還原劑都很穩定。

缺點：難于脫保護，用氫鹵酸回流脫保護基條件比較劇烈，常使分子遭到破壞，只有當分子中其他部位沒有敏感基團時才適用。

3.1.2 生成叔丁醚保護法

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

優點：對堿及催化氫化是穩定的

缺點：對酸敏感，其穩定性低于甲醚。由于脫保護基所用的酸性條件劇烈，當分子中存在對酸敏感的基團時不適用

3.1.3 生成三甲硅醚保護法

三甲硅醚廣泛用于保護糖類、甾類及其他醇羥基。通常引入三甲基硅基保護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基。

優點：醇的三甲硅醚對催化氫化、氧化還原反應是穩定的，該保護基可在非常溫和的條件下引入和去除。

缺點：對酸和堿敏感，只能在中性條件下使用。

3.2 轉變成縮醛或縮酮保護法

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

3.3 轉變成酯保護法

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定，因此可在硝化`氧化和形成酰氯時用成酯的方法保護羥基。保護基團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

在合成中用于保護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性質極相類似。然而，也存在著化學反應性能的重要差異，這使酚類化合物在保護時和最后除去保護基時，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，以及少數情況下的乙烯醚及芳醚。酯保護基一般是酰基或磺酰基。這兩大類對酚提供了廣范圍的功能基，且對酸、堿、氧化和還原劑的敏感程度也有廣范圍的差異。這里我將重點談談酚的烷基化保護法。酚的烷基化可用三種類型反應來進行[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）反應進行保護的。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物。反應是從酚上的質子轉移到重氮烷而開始的，如果試劑中有微量的堿就會使烷基化不完全。因為反應是由質子轉移開始的，酚基酸性的差別有可能導致部分烷基化。

第二種方法是應用鹵代烷和硫酸酯與酚作用進行保護。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行酚羥基的保護。

第三種方法是在酸性條件下，烯與酚反應進行保護

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

結論

通過對有機化合物中各類官能團的保護方法的系統探討，可以看出無論選用任何保護方法和保護基都必須根據需要，并且盡量使反應條件平和，過程簡單，故對保護基的選擇必須考慮以下幾點：（1）保護基能與被保護基團能發生有效反應。（2）保護基分子具有一定穩定性。（3）脫保護基條件溫和，不影響原官能團及其他官能團和分子結構。（4）要考慮反應物的產率，立體結構及提純。

[1]趙知、周瑾、姜蕓珍，有機化學中的保護基團，科學出版社,2009年

[2]吳毓、姚祝軍、胡泰山 ，現代有機合成化學，科學出版社,2006年

[3]王玉爐，有機合成化學 ，科學出版社 ，2004年

[4]徐壽昌，《有機化學》第一版，人民教育出版社，2009年

[5]徐家業，高等有機合成 ，化學工業出版社 ，2004年

[6]高等有機化學導論第二版，華中師范大學出版社，2007年