有机化学-氨基的保护

氨基的保护与脱保护李博文2014-09-25内容1、氨基保护基的选择策略2、常见的氨基保护基2.1烷氧羰基类氨基保护基2.2酰基类氨基保护基2.3烷基类氨基保护基3、选择性保护举例内容1、氨基保护基的选择策略2、常见的氨基保护基2.1烷氧羰基类氨基保护基2.2酰基类氨基保护基2.3烷基类氨基保护基3、选择性保护举例若需要保护：1）选择最容易上和脱的保护基。2）用相同的保护基来保护不同的官能团3)选择性去除保护基时，要采用不同种类的保护基。要对所有的反应官能团作出评估，确定哪些在所设定的反应条件下是不稳定并需要加以保护的，选择能和反应条件相匹配的氨基保护基。还要从电子和立体的因素去考虑对保护的生成和去除速率的选择性如果难以找到合适的保护基，要么适当调整反应路线使官能团不再需要保护或使原来在反应中会起反应的保护基成为稳定的；要么重新设计路线，看是否有可能应用前体官能团（如硝基等）；或者设计出新的不需要保护基的合成路线。选择一个氨基保护基时，必须仔细考虑到所有的反应物，反应条件及所设计的反应过程中会涉及的底物中的官能团。氨基保护基的选择策略内容1、氨基保护基的选择策略2、常见的氨基保护基2.1烷氧羰基类氨基保护基2.2酰基类氨基保护基2.3烷基类氨基保护基3、选择性保护举例常见氨基保护基烷氧羰基类氨基保护基苄氧羰基(Cbz)、叔丁氧羰基(Boc)、笏甲氧羰基(Fmoc)、烯丙氧羰基(Alloc)、三甲基硅乙氧羰基(Teoc)、甲(或乙)氧羰基酰基类氨基保护基邻苯二甲酰基(Pht)、对甲苯磺酰基(Tos)、三氟乙酰基(Tfa）邻（对）硝基苯磺酰基(Ns)烷基类氨基保护基三苯甲基(Trt)、2,4-二甲氧基苄基(DMB)对甲氧基苄基(PMB)、苄基(Bn)用Cbz-Cl与游离氨基在用NaOH或NaHCO3控制的碱性条件下可以很容易同Cbz-Cl反应得到N-苄氧羰基氨基化合物。氨基酸酯同Cbz-Cl的反应则是在有机溶剂中进行，并用碳酸氢盐或三乙胺来中和反应所产生的HCl。此外，Cbz-ONB（4-O2NC6H4OCOOBn）等苄氧羰基活化酯也可用来作为苄氧羰基的导入试剂，该试剂使伯胺比仲胺易被保护;苯胺由于亲核性不足，与该试剂不反应苄氧羰基（Cbz）苄氧羰基的引入示例催化氢解酸解裂解(HBr,TMSI)Na/NH3（液）还原实验室常用简洁的方法是催化氢解(用H2或其它供氢体,一般常温常压氢化即可);当分子中存在对催化氢解敏感(有苄醚,氯溴碘等)或钝化催化剂的基团(硫醚等)时，我们就需要采用化学方法如酸解裂解HBr或Na/NH3（液）还原等。苄氧羰基的脱去主要有以下几种方法苄氧羰基的脱去苄氧羰基用强酸或Lewis酸脱除时,会产生苄基的碳正离子,若分子中有捕捉碳正离子的基团时,将得到相应的副产物。苄氧羰基的酸性脱除注意点苄氧羰基的脱去示例（一）苄氧羰基的脱去示例（二）叔丁氧羰基（Boc）是多肽合成中广为采用的氨基保护基，具有以下的优点：Boc-氨基酸除个别外都能得到结晶；易于酸解除去，但又具有一定的稳定性;Boc-氨基酸能较长期的保存而不分解。酸解时产生的是叔丁基阳离子再分解为异丁烯，它一般不会带来副反应。对碱水解、肼解和许多亲核试剂稳定；Boc对催化氢解稳定，但比Cbz对酸要敏感得多。当Boc和Cbz同时存在时，可以用催化氢解脱去Cbz，Boc保持不变，或用酸解脱去Boc而Cbz不受影响，因而两者能很好地搭配使用。叔丁氧羰基（Boc）叔丁氧羰基（Boc）的引入游离氨基在用NaOH或NaHCO3控制的碱性条件下用二氧六环和水的混合溶剂中很容易与Boc2O反应得到Boc保护的胺。这是引入Boc常用方法之一，它的优点是副产物无干扰,并容易除去。有时对一些亲核性较大的胺，一般可在甲醇中和Boc酸酐直接反应即可，无须其他的碱，其处理也方便。对水较为敏感的氨基衍生物，采用Boc2O/TEA/THForDMF在40-50℃下进行较好。叔丁氧羰基的引入示例叔丁氧羰基的脱去Boc比Cbz对酸敏感，酸解产物为异丁烯和CO2。在液相肽的合成中，Boc的脱除一般可用TFA或20-30%TFA（TFA:CH2Cl2=1:10,v/v）。由于TFA会带来一些副反应（如产生的胺基上酰化成为相应的三氟乙酰胺等），因此多采用1-2MHCl/有机溶剂。一般而言，用HCl/二氧六环比较多见。HCl/EtOAc的组合使TBS和TBDPS酯以及叔丁酯和非酚类酯在Boc脱除时不被断裂。当同时脱除分子中有叔丁酯基(可根据不同的酸性选择性脱Boc)或分子中有游离羧酸基，千万记住不能用HCl/MeOH,其可将羧酸变为甲酯。在Boc脱去过程中TBDPS和TBS基相对是稳定的（在TBS存在，用稀一些的10％TFA）在中性的无水条件下Me3SiI在CHCl3或CH3CN中除了能脱除Boc外，也能断裂氨基甲酸酯、酯、醚和缩酮。通过控制条件可以得到一定的选择性。AcCl，甲醇体系，通过这一体系产生无水HCl，用于一些怕水的官能团。铵盐会沉淀下来，过滤即可。高温脱除（185℃）。用高氯酸镁或在在反应体系中加入2eq.TFA，可以断裂一个Boc，留下单取代伯胺.CAN,CH3CN，产率大于90%。中性条件TBSOTf/2.6-lutidine的组合或ZnBr2/CH2Cl2也可对Boc很好的脱除。伯胺衍生物存在下，ZnBr2/CH2Cl2可以选择性的脱除仲胺上的Boc。叔丁氧羰基的脱去叔丁氧羰基的脱去示例叔丁氧羰基的脱去示例22笏甲氧羰基(Fmoc)Fmoc主要的优点是它对酸极其稳定，在它的存在下，Boc和苄基可去保护。Fmoc的其他优点是它较易由简单的胺不通过水解来去保护，被保护的胺以游离碱释出。一般而言Fmoc对氢化稳定，但某些情况下，它可用H2/Pd-C在AcOH和MeOH中脱去。Fmoc保护基可与酸脱去的保护基搭配而用于液相和固相的肽合成。特点:笏甲氧羰基的引入Fmoc同前面提到的Cbz和Boc不同，它对酸稳定，较易通过简单的胺（而不是水解）脱保护，被保护的胺以游离碱释出。Fmoc-ValOH在DMF中用不同的胺碱去保护的快慢有较大的差异，笏甲氧羰基的脱去Fmoc去保护：浓氨水、二氧六环/4MNaOH(30:9:1)以及用哌啶、乙醇胺、环己胺、吗啡啉、吡咯烷酮、DBU等胺类的50%CH2Cl2的溶液脱去。Bu4N+F-/DMF在室温的脱去效果也很好。叔胺（如三乙胺）的脱去效果较差，具有空间位阻的胺其脱除效果最差。常规合成液相反应不经常性使用该保护基的原因：对碱过于敏感；反应的副产物。笏甲氧羰基的脱去笏甲氧羰基的脱去示例烯丙氧羰基(Alloc)特点:同前面提到的Cbz、Boc和Fmoc不同，它对酸、碱等都很稳定，在它的存在下，Cbz、Boc和Fmoc等可选择性去保护，而它的脱去则通常在Pd(0)的存在下进行。Alloc-Cl在有机溶剂/Na2CO3、NaHCO3溶液或吡啶中同氨基化合物反应则可得到Alloc保护的氨基衍生物。烯丙氧羰基的引入:82%HOOONH2OAlloc-Claq.NaHCO3,THFOHOONHAllocOJ.Med.Chem.,2004,47(26),6455-645892%NBocCONH2HNBoc1.HCl/EtOAc2.Alloc-Cl,Et3NNAllocCONH2HNAllocTetrahedron,2000,56(39),7705烯丙氧羰基的引入示例烯丙氧羰基的脱去Alloc保护基对酸、碱等都有较强的稳定性，它们通常只用Pd(0)，如Pd(PPh3)4或Pd(PPh3)2Cl2存在的条件去保护。在异戊烯酯或肉桂酸酯存在下，可用Pd(OAc)2/TPPT/CH3CN/Et3N/H2O去保护，但随时间的增加，这些酯也会反应，并且氨基甲酸异戊烯酯和烯丙基碳酸酯同样被断裂。当加入Boc2O、AcCl、TsCl、或丁二酸酐时，Pd(PPh3)2Cl2/Bu3SnH可将Alloc基转变为其它的胺衍生物。另外，Alloc也可在Pd(PPh3)4和HCOOH/TEA或AcOH/NMO催化脱去。烯丙氧羰基的脱去示例三甲基硅乙氧羰基(Teoc)三甲基硅乙氧羰基(Teoc)同前面提到的Cbz、Boc,Fmoc和Alloc不同，它对酸、大部分碱，及贵金属催化等都很稳定，在它的存在下，Cbz、Boc，Fmoc和Alloc等可选择性去保护，而它的脱去则通常在氟负离子进行。如TBAF、TEAF和HF等。一般情况下，Teoc-Cl、Teoc-OSu或Teoc-OBt在有机溶剂，碱的存在下同氨基化合物反应则可得到Teoc保护的氨基衍生物三甲基硅乙氧羰基的引入三甲基硅乙氧羰基的引入示例通过在THF中用Teoc-Cl来断裂N-Bn（甲基乙基亦可）三甲基硅乙氧羰基的脱去三甲基硅乙氧羰基(Teoc)脱除主要通过TBAF(四丁基氟化胺)，TEAF(四乙基氟化胺)或TMAF(四甲基氟化胺)来脱除，在脱除过程中，TBAF将产生四丁基胺盐的副产物，常常不易除去，而且它的质谱丰度高，此时可用TMAF或TEAF来代替。也可以用三氟醋酸室温下除去，但该条件下Boc也会脱去。Boc基可在Teoc基存在下用TsOH脱去。甲(或乙)氧羰基的引入甲（或乙）氧羰基同前面提到的各种烷氧羰基不同，它对一般的酸、碱和氢解等都很稳定，在它的存在下，Cbz、Boc和苄基等可选择性去保护。同Cbz、Fmoc和Alloc的引入方法类似，用甲（或乙）氧羰酰氯在有机溶剂/Na2CO3、NaHCO3或有机碱同氨基化合物反应则可得到甲（或乙）氧羰基保护的氨基衍生物。甲（或乙）氧羰基的引入一般方法:甲(或乙)氧羰基的引入示例甲(或乙)氧羰基的脱去因为甲（或乙）氧羰基较强的稳定性，它们通常只用较剧烈的条件去保护，如HBr/HOAc处理、KOH/MeOH、6NHCl和TMSI等。内容1、氨基保护基的选择策略2、常见的氨基保护基2.1烷氧羰基类氨基保护基2.2酰基类氨基保护基2.3烷基类氨基保护基3、选择性保护举例邻苯二甲酰基（Pht）特点:同一般的酰基氨基酸比较，Pht-氨基酸在接肽时不易消旋，但它对碱不稳定，在碱皂化的条件下发生邻苯二甲酰亚胺环的开环生成邻羧基苯甲酰基衍生物。当选用Pht作氨基保护基时，肽链的羧基末端则不能用甲酯（或乙酯）保护，而只能用苄酯或叔丁酯保护，以避免将来用皂化去酯的步骤。Pht对催化氢解、HBr/HOAc处理以及Na/NH3（液）还原（后处理的碱性条件需要避免）等均稳定，但很容易用肼处理脱去。其特性只用于伯胺保护。邻苯二甲酰基的引入最先导入Pht基的方法是将邻苯二甲酸酐同氨基酸在145-150℃进行熔融反应，但会引起一些氨基酸部分消旋作用，因而后来又进行了一些改进，如邻苯二甲酸酐/CHCl3/70℃下反应。而最温和的方法（见下式）是N-乙氧羰基邻苯二甲酰亚胺与氨基酸在Na2CO3水溶液中于25℃反应10-15分钟，就可以得到85-95%的Pht-氨基衍生物，并且可在仲胺的存在时选择性地保护伯胺。邻苯二甲酰基的引入示例邻苯二甲酰基的脱去Pht-氨基衍生物很容易用肼处理脱去。一般用水合肼的醇溶液回流2小时或用肼的水或醇溶液室温放置1-2天都可完全脱去Pht保护基。在此条件下Cbz、Boc、甲酰基、Trt、Tos等均可不受影响。在肼效果差的情况下，用NaBH4/i-PrOH-H2O(6:1)和AcOH在80℃反应5-8小时是很有效的(见下式)。另外，浓HCl回流也容易脱去Pht保护基。邻苯二甲酰基的脱去示例45对甲苯磺酰基特点：对甲苯磺酰胺是最稳定的氨基保护基之一对碱性水解和催化还原稳定。碱性较弱的胺如吡咯和吲哚形成的对甲苯磺酰胺比碱性更强的烷基胺所形成的对甲苯磺酰胺更易去保护，可以通过碱性水解去保护，而后者通过碱性水解去保护是不可能的。同时Tos的酰胺或氨基甲酸酯更容易形成结晶。对甲苯磺酰基的引入对甲苯磺酰氯在NaOH、NaHCO3或其他有机碱存在下同氨基