羰基保护及其在有机合成中的应用

第21卷�第5期2005年10月�������忻州师范学院学报JOURNALOFXINZHOUTEACHERSUNIVERSITY������Vol.21�No.5�Oct.2005�羰基保护及其在有机合成中的应用赵少琼(北京大学,北京100083)摘�要:论述了保护羰基的意义、保护方法和保护基种类以及在有机合成中的应用,给出了较多的应用实例,阐明保护羰基在有机合成中的重要性和必要性。关键词:羰基;保护;有机合成中图分类号:O621.3�文献标识码:A�文章编号:1671-1491(2005)05-0058-04��在有机合成中,常常遇到多官能团化合物。反应时,很多反应物分子内往往不止一个活性中心,一种试剂往往会与其中两个或两个以上的官能团作用,而实际只希望仅与其中的某一个官能团反应。例如,化合物中含有醛基和酮基,两者具有类似的反应活性。又如,酮酸酯中,含有酮羰基和酯基,均能与格氏试剂反应。在这种情况下,不仅常常使反应产物复杂化,而且还会导致所需反应的失败。为了使仅在其中的一个官能团上反应,常用的方法是用一种称为保护基的试剂,先将不需要发生反应的基团保护起来,使其在反应条件下不会反应,待所需反应完成后,再去除保护基,使不需要发生反应的基团恢复成原来的状态,从而达到其中某一官能团发生反应,其他的官能团不发生反应的效果。这就是在有机合成中的基团保护的方法。采用保护基进行基团保护的方法包含上保护基和去保护基的过程。上保护基是用保护试剂与需要被保护的基团反应,生成被保护了的基团;去保护基则是待反应结束后,选择合适的反应条件将保护基去除,使被保护的基团恢复到原来的状态。这涉及到保护、去保护两步反应,增加了两步反应,不仅增加了反应的操作和试剂的使用,也会影响反应的总收率。因此,反应中保护基的选择十分重要。理想的保护基应当具备四个条件[1]:(1)能选择性地、容易地与被保护基团反应,达到高转化率。(2)与保护基反应后所生成的结构部分在其他官能团的反应过程中是稳定的,保护基不会受到破坏。(3)当反应结束后,可以方便地脱去,脱去的保护基易于从反应中分离出去。(4)同时要考虑到所用的保护基是容易得到的,反应易操作,少污染等因素。醛、酮的羰基由于氧的吸电子效应,使羰基碳原子带有正性,很容易与许多亲核试剂发生亲核加成反应。为了避免羰基发生亲核性反应,必须改变羰基的�-键结构,使之失去原来羰基所具有的亲电性。作为保护基,要使羰基暂时失去原有的反应性,同时要考虑到脱去保护基,恢复到原来的羰基结构。保护醛、酮的主要方法是用醇或二醇,生成缩醛、缩酮;也可以用硫醇代替醇,生成硫代缩醛、硫代缩酮。1�醇作为保护基与醛、酮反应生成缩醛、缩酮1.1�缩醛、缩酮的生成和反应机理醛、酮在酸性催化剂存在下,很容易和两分子的醇反应,失去一分子水,得到缩醛、缩酮。常用的催化剂是氯化氢。例如:收稿日期:2005-05-06作者简介:赵少琼(1984-),女,山西忻州人,北京大学医学部药学院。��该反应的机理[1]为:首先羰基与催化剂氢质子形成烊盐,增加羰基碳原子的亲电性,然后和一分子醇发生加成,失去氢质子,形成不稳定的半缩醛;半缩醛再与一个质子结合,并随之失去一分子水,生成烃氧羰基正离子。并与第二分子醇加成,失去氢质子得到缩醛或缩酮。上述反应的每一步都是可逆的。因此,缩醛、缩酮虽然在酸催化下形成,但同时也被酸催化分解成原来的醛、酮和醇。缩醛、缩酮在pH=4~12范围内通常是稳定的,但对酸水溶液或路易斯酸是敏感的。对碱、氧化剂、还原剂、格氏试剂,金属氢化物等是稳定的。1.2�缩醛、缩酮在有机合成中的应用常用的保护试剂是甲醇、乙醇、乙二醇。如果想在含有醛基的酮基上与格氏试剂发生亲核加成,由于醛羰基的活性比酮羰基的高,必须先把醛羰基变成缩醛保护起来,待亲核加成完毕后,用稀酸处理,使原来的醛羰基再复现[2]。如想氢化含有醛基的烯烃,由于催化氢化没有选择性,必须先保护醛基,氢化反应毕,用稀酸处理,原来的羰基即被释放出来。[3]含醛基的卤代烃在强碱条件下脱卤化氢,由于强碱条件下会发生副反应,需要将醛基保护,然后碱性脱卤化氢成烯,再去保护。[1]59第5期��������������赵少琼:羰基保护及其在有机合成中的应用��1.2-二醇或1.3-二醇是有效的醛、酮保护基,与醛、酮反应生成环缩醛、环缩酮。实际反应中,1.2-乙二醇作为醛、酮保护基更为常用。如欲用格氏试剂选择性加成在含有酮基的酯上,由于酮与格氏试剂反应比酯容易,首先需将酮羰基制成缩酮保护,再用格氏试剂加成,然后酸催化下水解得到游离酮[4-5]。欲用氢化铝锂选择性还原含有酮基的酯基,由于酮与氢化铝锂反应比酯容易,首先需要将酮羰基保护,再用氢化铝锂还原,然后在酸催化下水解得到游离酮[4]。对于难于直接生成缩醛的醛、酮,可用原甲酸三乙酯与之反应生成缩醛或缩酮[1]。2�硫醇作为保护基与醛、酮反应生成硫代缩醛、硫代缩酮2.1�硫代缩醛、硫代缩酮的生成醛、酮与2mol倍数的硫醇在酸催化下生成硫代缩醛、硫代缩酮[1]。用二硫代二醇作为醛、酮保护基,可以生成类似的二硫代环缩醛、二硫代环缩酮,其作用机理与醇作为保护基时的类似。如用二硫代乙二醇与醛、酮反应,生成1、3-二硫环戊烷衍生物。硫代缩醛或硫代缩酮在金属盐如HgCl2存在下,容易水解,再生成醛、酮。2.2�硫代缩醛、硫代缩酮在有机合成中的应用60��������������������忻州师范学院学报�����������������第21卷用硫醇作为保护基的优点在于硫代缩醛、硫代缩酮对酸的稳定性好。在pH=1~12范围内稳定,能耐还原剂、有机金属试剂、亲核试剂和部分氧化剂。需要注意的是,由于硫醚易被氧化,硫代缩醛、硫代缩酮对一些氧化剂较为敏感。制备硫代缩醛、硫代缩酮常用三氟化硼-乙醚、氯化锌,三氟乙酸锌等作催化剂催化缩合反应。硫代缩醛、硫代缩酮的脱保护常用氯化汞水溶液水解,银盐、铜盐、钛盐,铈盐、铝盐等也可用于催化水解去保护,其他试剂,如NBS、碘-DMSO等也能去保护[1]。3�结果与讨论综上所述,保护羰基在有机合成中具有非常重要的意义,可以使设计者的目的得以实现。就保护基而言,主要有三类。一类是醇,常用的有甲醇、乙醇、1、2-乙二醇等。第二类是硫代醇,常用的是硫代甲醇、硫代乙醇、1、2-二硫代乙二醇、1、3-二硫代丙二醇等。第三类是一种特殊的保护基原甲酸三乙酯,主要用于那些难于直接形成缩醛或缩酮的醛、酮。这些保护基具有一个共同特点,那就是在去保护时,反应都很容易,去除的保护基也易被分离,因而在有机合成中被广泛应用。(责编:唐晓燕)(下转第94页)61第5期��������������赵少琼:羰基保护及其在有机合成中的应用法吗?据华侨讲,这种小册子在国外很少、很少,为什么我们总想和国际接轨,而不静下心来想一想我们应该怎么样展示、自己的母语和文化呢?一个其语言和文化被别人了解甚少的民族能成为一个真正强大的民族吗?��我们还有很长的路要走��(本文受到北京师范大学文学院伍铁平先生的启发和鼓励,在此谨表谢忱。)(责编:王玉琴)参考文献:[1]�AlbertC.Baugh&ThomasCable.AHistoryoftheEng�lishLanguage(FourthEdition)[M].London:Routledge,1993.[2]�RalphFasold.社会语言学[M].北京:外语教学与研究出版社,2000.[3]�RonaldWardhaugh.社会语言学引论(ThirdEdition)[M].北京:外语教学与研究出版社,2000.[4]�费尔南德�莫塞著[M].水天同,等.北京:外国教学与研究出版社,2000.156,191.[5]�李赋宁.英国史[M].北京:商务印馆,1999.[6]�伍铁平.语言和文化评论集[C].北京:北京语言文化大学出版社,1998.PhilosophicalThinking&RevelationontheDevelopmentofEnglish���MisconceptiononLanguagebySuperiorityandInferiorityTIANXue-jun(BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China)Abstract:Forlanguagesaswellastheirvarietics,spokenbymanyorbyfew,strongorweak,thereisnodistinc�tionbetweensuperiorityandinferiority.ThedevelopmentofEnglishandits�sufferings�areextraordinary.Sheoriginatedasan�uglyduckling�fromGermanicbranch,thusits�origin�issaidtobe�humble�.Afterexperienc�ingvarious�hardshipsandobstacles�,withtwicenearlybeingwipedout,ithasnowturnedoutarecognized�global�language.Why?Allthishasrevealedmany�sidedinstructiveimplicationstousaswellastoourmothertongue�Chinese!Keywords:English;development;thinking;revelation;superiorityandinferiority;misconcpetion(上接第61页)参考文献:[1]�黄培强,等.有机合成[M].北京:高等教育出版社,2003.372.[2]�王永梅,王桂林.有机化学提要�例题和习题[M].天津:天津大学出版社,1999.[3]�王积涛,等.有机化学[M].天津:南开大学出版社(第二版),2003.345.[4]�曾昭琼.有机化学[M].北京:高等教育出版社(第三版),1993.314.ApplianceofCarbonyl�ProtectioninOrganicSynthesisZHAOShao-qiong(PekingUniversity,Beijing100083,China)Abstract:Importanceofprotectingcarbonyl,Methodofprotection,Sortsofprotectivegroupandapplianceonor�ganicsynthesisaredescribed.Usingmanyexamplestodescribesignficanceandnecessityofprotectingcarbonylinorganicsynthesis.Keywords:carbonyl;protection;organicsynthesis94��������������������忻州师范学院学报�����������������第21卷