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1、第21卷第5期忻州师范学院学报Vol.21No.52005年10月JOURNALOFXINZHOUTEACHERSUNIVERSITYOct.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
2、。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
3、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[1]备四个条件:(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
4、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
5、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。第5期赵少琼:羰基保护及其在有机合成中的应用59[1]该反应的机理为: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
6、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[2]醛羰基再复现。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,
7、氢化反应毕,用稀酸处理,原来[3]的羰基即被释放出来。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[1]卤化氢成烯,再去保护。60忻州师范学院学报第21卷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[4-5]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
8、游离酮。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
