官能团的保护 化学与环境学院 084班 温才裕 周俊凯.

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1 官能团的保护 化学与环境学院 084班 温才裕 周俊凯

2 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．

3 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 四、氨基保护 五、羧基保护 六、活泼碳氢键和碳碳键的保护

4 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）; 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。

5 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.

6 ② 甲基硅醚（TMS）及其它硅醚保护基 制备时，用三甲基氯硅烷与醇类在三级胺中作用。此保护基在酸中不太稳定，也可以用氟离子F-脱去（Si-F的键结合力甚强，大于Si-O的键能）。 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。

7 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。 三苯甲基（trityl group）是一更大的基团，脱去时用酸反应，或锂金属处理。

8 ⑤烯丙醚类 用烯丙基来保护醇羟基，烯丙醚容易制成并且在中度酸性和碱性情况下稳定,然而在碱性条件下它们就转换为异构的丙烯醚式，后者易被酸水解，或在中性条件下用氯化高汞处理裂去，烯丙基仅能与对碱稳定的保护基（如其他醚类或缩醛）一起应用。

9 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。

10 ② 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：

11 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：

12 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。

13 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。

14 四、 氨基的保护 N-烷基或 N-硅烷基作为保护基

15 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。

16 Boc (叔丁基氧基羰酰基） Boc广泛用于多肽的合成

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18 五、羧基的保护 酯化法 酯化反应通常指醇或酚与含氧的酸类（包括有机酸和无机酸）作用生成酯和水的过程，也就是在醇或酚羟基的氧原子上引入酰基的过程，也称为O-酰化反应。 其通式如下：　　 Rˊ可以是脂肪族或芳香族，即醇或酚，R″COZ是酰化剂，其中的Z可以代表-OH，-X，-OR，-OCOR，-NHR等。生成羧酸酯分子中的R′ 和R″可以是相同或不同，酯化的方法很多，主要可以分为以下四类：

19 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。
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：　　

20 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： 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：

21 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。

22 三氯乙酯曾被Woodward用于在头孢菌素C的合成。其中的β-内酰胺环在除去保护基时不受影响。

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24 苄基对于温和酸处理是稳定的，它易被氢解除去。

25 叔丁酯对酸敏感

26 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：

27 格氏反应和有机锂合成中的保护

28 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。 以羧基为保护基：

29 以磺酸基为保护基： 以硝基为保护基：

30 （2）邻、对位定位基 以叔丁基为保护基。 以叔丁基为保护基： 3．脂肪族中C-H键的保护
（2）邻、对位定位基 以叔丁基为保护基。 以叔丁基为保护基： 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。

31 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 :

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