官能团保护

化学与环境学院 084班 温才裕 周俊凯
官能团保护的意义
有机反应往往会伴有副反应，原因就是
有机反应的复杂性，反应条件、官能团 的相互影响等都会影响反应的进行．在 有些反应中，使某个官能团参加反应时， 可能会有其他的官能团受到影响，这样 就需要对官能团进行保护．
官能团的保护
一、保护基的基本条件 二、羟基保护 三、羰基保护

在一些例子中，最后一条可以放宽，允许保护基 被直接转变为另一种官能团。
二、羟基的保护基团
保护醇类 ROH 的方法一般是制成醚类 (ROR ′ ) 或酯 类(ROCOR′)，缩醛或缩酮类。前者对氧化剂或还原剂都有 相当的稳定性。 1
． 醚类衍生物
①形成甲醚类 ROCH3 可以用碱脱去醇ROH质子，再与合成子 ＋CH3作用，如 使用试剂NaH/Me2SO4。也可先作成银盐 RO-Ag+ 并与碘甲 烷反应，如使用 Ag2O/MeI；但对三级醇不宜使用这一方法 。醇类也可与重氮甲烷CH2N2，在Lewis酸（如BF3·Et2O） 催化下形成甲醚.
以羧基为保护基：
OH CO2/NaHCO3 OH COOH OH Br Br2/AcOH OH COOH H3O OH
+
OH Br
OH
OH
以磺酸基为保护基：
CH3 浓H2SO4 CH3 Cl2,Fe CH3 Cl H3O
+
CH3 Cl
SO3H
SO3H
以硝基为保护基：
C(CH3)3
HNO3 H2SO4
Et2O AgNO3/H2O/EtOH
Ag
KCN/H2O -AgCN
H
格氏反应和有机锂合成中的保护
PhLi+RC CH
RC
CLi
+ C6H6
2．芳烃中C-H键的保护 常用的保护基有间位定位基，如-COOH、-NO2、-SO3H 及邻对位定位基，如-NH2、-X等。 （1）间位定位基 由于羧基、硝基、磺酸基为强吸电 子基，只有当环上有强供电子基时方可使用。
S MeS O TBDMSO
HgCl2-CaCO3
S
MeCN-H2O
S
HO TBDMSO
S
四、 氨基的保护
N-烷基或 N-硅烷基作为保护基
RNH2 K2CO3 H2,AcOH/10%Pd C
+
PhCH2X
RNHCH2Ph
X=Cl,Br
RNH2
Me3SiCl + NEt3(or Pyridine) Aqueous condition
O
3-ClBzOOH (CHCl3) 1h,-10℃ O3/CH2Cl2;1.5h;-78℃ Zn/NaI;2h (NaOAc/AcOH)
cis:trans=1:1
O
RNHSiMe3
芳香胺在进行硝化反应时是采用甲酰基保护，并且在磺 胺合成中用甲酰基有明显的优点，因为它易于引入和 消去。
NH2 NHCHO
HCOOH, 1小 时 373-383K
NH2
NHCHO
NH3H2O(浓 )， 1小 时 ， 368-373K
H2NSO2 ClSO2
Boc (叔丁基氧基羰酰基）
1.酸和醇或酚直接酯化法
酸和醇的直接酯化法是最常用的方法，具有原料易得 优点，这是一个可逆反应。 2.酸的衍生物与醇的酯化 酸的衍生物与醇的酯化主要包括醇与酰氯，醇与酸酐， 醇与羧酸盐等的反应，方程式如下：
3.酯交换反应 酯交换反应主要包括酯与醇，酯与酸，酯与酯之间的交换 反应，化学方程式如下：
四、氨基保护
五、羧基保护 六、活泼碳氢键和碳碳键的保护
一、保护基的基本条件
总的说来，保护基应满足下列三点要求：


1. 它容易引入所要保护的分子（温和条件）; 2. 它与被保护基形成的结构能够经受住所要发 生的反应的条件; 3. 它可以在不损及分子其余部分的条件下除去 （温和条件）;
乙硫醇
O OH OH
浓盐酸
SEt OH OH
3．O,S-缩醛
O,S-缩醛的稳定性介于O,O-缩醛和S,S-缩醛之间，在
酸性水溶液中，它比O,O-缩醛稳定的多；但比S,S-缩 醛活泼的多，水解速度约为S,S-缩醛的104倍。
化合物分子中含有O,S-缩醛和S,S-缩醛，在HgCl2-
CaCO3作用下，O,S-缩醛被选择性的水解。
2．S,S-缩醛
与O,O-缩醛相比，S,S-缩醛更加稳定，形成S,S-缩醛保护也 更加容易，也无需除水，而且时常在有水的条件下反应。 S,S-缩醛在酸性和碱性条件下都是稳定的，保护基团可以满 足更广泛的反应需求。但使用S,S-缩醛保护化合物有三个主 要的缺点： ①大多数硫醇和二硫醇具有难闻的气味 ②水解反应常用到金属盐，也具有相当的毒性和环境问题 ③含硫化合物对Pd和Pt催化剂具有毒化作用，对于催化还原 反应具有相当大的限制，这时候往往需要较大的催化剂用量 和高压条件。 OH OH OH OH SEt
FeCl3
C(CH3)3 C(CH3)3
3．脂肪族中C-H键的保护 脂肪族中C-H键的保护，往往是指保护特定位置C-H键， 如α -取代基的不对称酮，若想使其在有取代基的α 碳上进行烃化反应，就必须将另一个α -位的活泼亚甲 基保护起来，待指定部位的烃化反应完成后再将保护 基除去。
4．碳碳键的保护 过氧化物与碳碳双键形成环氧化物的方法可以保护碳 碳双键免受亲电试剂的进攻。在乙酸溶液中，用锌和 碘化钠处理可以脱去环氧保护基。卤代也可用于保护 碳碳双键，同样用锌去保护。例如 :
OH + ClSO2Ar OSO2Ar
碱的水溶液 或碱的醇溶液
OH
三、羰基的保护
醛、酮的保护基相对较少，常见的有O,O-缩醛和O,S-
缩醛，以及S,S-缩醛 1．O,O-缩醛 质子酸或者Lewis酸都可以催化醛或酮与醇反应生成缩醛。 例如：
O O
O
HO(CH2)3OH P-TsOH
O H H
O H H
O OH
+
六、活泼碳氢键和碳碳键的保护
1．乙炔衍生物活泼氢的保护 常用的炔氢保护基是三烷基硅基（如Me3Si-，Et3Si-）。 三甲基硅烷的引入是通过炔烃转变为Grignard试剂后和 三甲基氯硅烷作用实现的。该保护基对有机金属试剂， 氧化剂稳定，并可用碱或硝酸银除去保护基。例如：
+ Br Li SiMe3
③ 苄基醚（Bn）保护基 苄基醚的稳定性与甲基醚类似，对于多数酸和碱以及氧 化剂都非常稳定，形成保护的反应条件也温和，操作简单， 作为反应物的苄基溴或者苄基氯便宜易得。
CH2Br
R OH
NaOH
R OCH2
苄基醚
H 3 +O
R OH +
CH2OH
H2 Pd
R OH +
CH3
④ 三苯甲基醚 三苯甲基醚在糖、核苷和甘油酯化学中广泛的用来保 护一级羟基，它的最大优点是在多羟基化合物中选择 性的保护伯醇羟基。 制备时，以（单或二取代）三苯基氯甲烷在吡啶中与 醇类作用，而以 4-二甲胺基吡啶（4-dimethyl aminopyridine, DMAP）为催化剂。
ROH + CH2=CH-CH2Br NaOH ROCH2-CH=CH2 KOBu DMSO ROCH=CH-CH3
2 ．缩醛和缩酮类衍生物 ① 四氢吡喃醚（THP）保护基 制备时，使用二氢吡喃与醇类在酸催化下进行加成作 用。欲回收恢复到醇类时，则在酸性水溶液中进行水 解，即可脱去保护基团。有机合成中常引用这种保护 基团，其缺点是增加一个不对称碳（缩酮上的碳原 子），使得NMR谱的解析较复杂。
4.其它 酯化方法还包括烯酮与醇的酯化，腈的醇解， 酰胺的醇解，醚与一氧化碳合成酯的反应。如：
羧酸以酯的形式被保护，常常用甲酯或乙酯，然而 为了除去它们需要强酸性或强碱性条件可能是不利方面 。 在这种条件下，叔丁酯（可用温和的酸处理除去） ，苄酯（能经氢解而脱苄基）或 β ,β ,β- 三氯乙酯（去 保护作用可用包括锌引起的消除反应）可能更有用。
O
,TsOH,Pyr RO ROH HOAc,H2O
O
α -卤代酸酯保护基 α -卤代酸酯衍生物如：ClCH2COOR、Cl2CHCOOR、 Cl3CCOOR、F3COOR等，可分别由酰卤、酸酐和具有羟 基的化合物作用来制备。这类保护基在分子中引入了 卤素，使羰基碳原子的亲电性增强，从而易于水解， 利用这一特性进行选择性的解除。其保护基的解除通 常在碱性条件下或胺类化合物中进行。 3．酚羟基的保护 酚的保护基也可分为醚、酯和缩醛三类，例如： ②
H2 Pd H2NCH2CONHCHCO2H H2NCH2CONHCHCO2CH2Ph (90%) CH2Ph CH2Ph
苄基对于温和酸处理是稳定的，它易被氢解除去。
H2NCH2CO2H
PhCH2OCOCl
PhCH2OCONHCH2CO2H
PhCH2CH(NH2)CO2C(CH3)3 [(C2H5O)2P(O)]2O
H2NCH2CONHCHCO2C(CH3)3 CH2Ph (80%) HCl benzene H2NCH2CONHCHCO2H CH2Ph
H2 Pd (60%)
PhCH2OCONHCH2CONHCHCO2C(CH3)3 CH2Ph
叔丁酯对酸敏感
O
+
H3+O
O O
OH
O
+ OH HO
H3+O
O O
CF3COOH
C(CH3)3 Br
Br2,Fe
C(CH3)3
Br
C(CH3)3 Br
i NaNO2+H2SO4 ii H3PO2/H2O