化学合成中有关官能团保护问题探析

李瑛(陕西能源职业技术学院地质测量系 712000)

1 前言

有机合成是有机化学的重要组成部分，人们通过有机合成，合成了许多自然界存在或不存在的具有优良性能的产品，使人们的生活更加丰富多彩。因此，有机合成已经是国际中不可或缺的领域。在有机合成中，不少反应物分子内往往存在不止一个可发生反应的基团，在这种情况下，不仅常常使产物复杂化，而且有时还会导致所需反应的失败。这时就需要采用基团的保护策略。近年来，随着合成复杂的天然有机物的需要，新保护基的设计、引入保护基使用的新试剂、解除保护基采用的新方法诸方面的研究均取得了很大的进展，对于基团的保护问题在化学合成中越来越受到重视，所以在保护基团的问题上引导我们更深入地思考研究它。

2 炔基的保护

已知多炔类和乙烯炔类化合物在所进行的反应中有某些选择性。Raphael指出双取代炔类可用钠在液氨中还原，而末端炔可以钠盐形式受到保护。这一方法有可能在有末端炔存在时还原二取代炔键，这样从二炔以立体特异的方式合成反式烯炔。当用锂在液氢中还原烯酮时，这种方法可用来保护分子中的单取代炔。Raphael研究了其他可能保护末端炔的方法，发现其中最好的保护形式是溴代炔。

Arens应用Petrov的发现，找到将炔基硅化能保护末端炔键不被催化还原，而这个条件在不被保护的分子中能首先还原末端炔，他用这种方法曾还原三炔的中间炔基，然后用硝酸银含水醇溶液处理得游离的炔基。Sondheimer用同样的方法保护末端炔键不被溴化。

也可以用生成八羰基二钴的复合物来保护炔键，在炔基存在下还原和硼氢化烯键。炔键可用硝酸铁或硝基铈铵作用而再生。

3 醇羟基的保护

醇羟基常用的保护方法有3类：分别是转化成醚类、缩醛和缩酮类、酯类的保护法。

3.1 转变成醚保护法

将羟基转变成醚是常用的保护羟基的方法。

3.1.1 生成甲醚保护法

用生成甲醚的方法保护羟基是一个经典方法。通常使用硫酸二甲酯，在氢氧化钠或氢氧化钡存在下，在DMF或DMSO溶剂中反应得到。

优点：该保护基很容易引入，且对酸、碱、氧化剂和还原剂都很稳定。

缺点：难于脱保护，用氢卤酸回流脱保护基条件比较剧烈，常使分子遭到破坏，只有当分子中其他部位没有敏感基团时才适用。

3.1.2 生成叔丁醚保护法

将醇的二氯甲烷溶液或悬浮液在 硫酸复合物存在下，在室温与过量的异丁烯作用，可得到叔丁醚。

优点：对碱及催化氢化是稳定的

缺点：对酸敏感，其稳定性低于甲醚。由于脱保护基所用的酸性条件剧烈，当分子中存在对酸敏感的基团时不适用

3.1.3 生成三甲硅醚保护法

三甲硅醚广泛用于保护糖类、甾类及其他醇羟基。通常引入三甲基硅基保护基所用的试剂有三甲基氯化硅和碱；六甲基二硅氨烷。在含水醇溶液中加热回流即可除去保护基。

优点：醇的三甲硅醚对催化氢化、氧化还原反应是稳定的，该保护基可在非常温和的条件下引入和去除。

缺点：对酸和碱敏感，只能在中性条件下使用。

3.2 转变成缩醛或缩酮保护法

2,3-二氢-4H-吡喃在酸的催化作用下，与醇类起加成反应，生成四氢吡喃醚衍生物。这是最常用的醇羟基的保护方法之一。此保护基广泛用于炔醇、甾类及核苷酸的合成中。

3.3 转变成酯保护法

醇与酰卤、酸酐作用生成羧酸酯；与氯甲酸作用生成碳酸酯，所生成的酯在中性和酸性条件下比较稳定，因此可在硝化`氧化和形成酰氯时用成酯的方法保护羟基。保护基团可通过碱性水解除去，或在锌-铜的乙酸溶液中除去。

4 酚羟基的保护

在合成中用于保护醇类和酚类的功能基类型之间存在着许多相似之处，这是由于这两种羟基的一般化学性质极相类似。然而，也存在着化学反应性能的重要差异，这使酚类化合物在保护时和最后除去保护基时，都有较大程度的选择性。

前一类主要是烷基醚和缩醛，此外尚有三甲硅基醚，以及少数情况下的乙烯醚及芳醚。酯保护基一般是酰基或磺酰基。这两大类对酚提供了广范围的功能基，且对酸、碱、氧化和还原剂的敏感程度也有广范围的差异。这里我将重点谈谈酚的烷基化保护法。酚的烷基化可用三种类型反应来进行[6]。

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

第一种方法是将游离酚与重氮烷（CH2N2,CH3CHN2,PhCHN2）反应进行保护的。重氮烷与酚在惰性溶剂中常常很快作用，并且仅仅形成极少量的副产物。反应是从酚上的质子转移到重氮烷而开始的，如果试剂中有微量的碱就会使烷基化不完全。因为反应是由质子转移开始的，酚基酸性的差别有可能导致部分烷基化。

第二种方法是应用卤代烷和硫酸酯与酚作用进行保护。卤代烷、硫酸或亚硫酸酯在碱存在下与酚作用，或与其酰化衍生物作用进行酚羟基的保护。

第三种方法是在酸性条件下，烯与酚反应进行保护

这三种方法用于游离酚基的醚化时能否成功，非常强烈地受制于酚羟基的立体环境及其酸性和亲核性的影响。这些错综复杂的因素使烷基化具有程度不同的选择性。

结论

通过对有机化合物中各类官能团的保护方法的系统探讨，可以看出无论选用任何保护方法和保护基都必须根据需要，并且尽量使反应条件平和，过程简单，故对保护基的选择必须考虑以下几点：（1）保护基能与被保护基团能发生有效反应。（2）保护基分子具有一定稳定性。（3）脱保护基条件温和，不影响原官能团及其他官能团和分子结构。（4）要考虑反应物的产率，立体结构及提纯。

[1]赵知、周瑾、姜芸珍，有机化学中的保护基团，科学出版社,2009年

[2]吴毓、姚祝军、胡泰山 ，现代有机合成化学，科学出版社,2006年

[3]王玉炉，有机合成化学 ，科学出版社 ，2004年

[4]徐寿昌，《有机化学》第一版，人民教育出版社，2009年

[5]徐家业，高等有机合成 ，化学工业出版社 ，2004年

[6]高等有机化学导论第二版，华中师范大学出版社，2007年