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选择一个适宜的氨基保护基时,需要考虑到所有的反应物,反应条件及反应过程中会涉及的底物中的官能团。最好的是不保护,若需要保护,选择最容易上和脱的保护基。
首先,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,并在充分考虑保护基的性质的基础上,选择能和反应条件相匹配的氨基保护基。
其次,当几个保护基需要同时被除去时,用相同的保护基来保护不同的官能团非常有效(如苄基可保护羟基为醚,保护羧酸为酯,保护氨基为卞胺)。选择性去除保护基时,可以采用不同种类的保护基(如一个Cbz保护的氨基可氢解除去,但对另一个Boc保护的氨基则是稳定的)。
此外,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影响(如羧酸叔醇酯远比伯醇酯难以生成或除去)。
如果难以找到合适的保护基,考虑从含有前体官能团(如硝基,亚胺等)的原料出发,设计新的合成路线。
氨基保护基可以分为烷氧羰基(Cbz, Boc, Fmoc, Alloc, Teoc)、酰基(Pht, Tos, Tfa)和烷基(Trt, Dmb, Pmb, Bn)三大类。烷氧羰基使用最多,归因于N-烷氧羰基保护的氨基酸在肽合成中不易发生消旋化。
在合成反应中,往往需要对伯胺、仲氨、咪唑、吡咯、吲哚和其他芳香氮杂环中的氨基进行保护。常用的氨基保护基(Amino-protecting Group)如下表所示。
Common Amino-protecting Group
1. Cbz(苄氧羰基)
Protection:
Deprotection:
实验室常用方法为催化氢解,如分子中存在对催化氢解敏感或钝化的基团时,采用酸解裂解或Na/NH3还原方法。
催化氢解的供氢体可以是H2,也可以是环己二烯、1,4-环己二烯、甲酸铵和甲酸等,以后四个为供氢体的反应又叫催化转氢反应,通常比催化氢化反应更迅速。
催化剂主要用5-10%的Pd/C、10-20%的PdOH-C;溶剂可以用甲醇,乙醇,四氢呋喃等。
分子中有卤原子(Cl, Br, I)存在时,用Pd/C一般会造成脱卤的发生,使用PdCl2催化剂可较好的避免脱卤的发生。
2. Boc (叔丁氧羰基)
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。
Protection:
Deprotection:
Boc比Cbz对酸敏感,Boc的脱除一般可用TFA或50% TFA in CH2Cl2 by volume
3. Fmoc(笏甲氧羰基)
与Cbz和Boc不同,Fmoc保护基的对酸极其稳定,在Fmoc存在下,可对分子内含有的Boc或者苄基选择性去保护。Fmoc对氢化稳定,但某些情况下,可用H2/Pd-C在AcOH/MeOH中脱保护。
Protection:
Deprotection:
4. Alloc(烯丙氧羰基)
Alloc与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。
Protection:
Deprotection:
Alloc保护基对酸、碱等较强的稳定性,它们通常用Pd(0),如Pd(PPh3)4或Pd(PPh3)2Cl2存在的条件去保护。
5. Teoc(三甲基硅乙氧羰基)
Teoc与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存在下进行。
Protection:
Deprotection:
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,不易除去,可用TMAF或TEAF来代替,另外TFA也可选择性去保护。
6. 甲氧/乙氧羰基
甲氧/乙氧羰基对一般的酸、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。
Protection:
Deprotection:
因为甲氧/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(比如加热或者回流条件下),如HBr/HOAc,KOH/MeOH,6 N HCl 和TMSI等。
7. Pht(邻苯二甲酰基)
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,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。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。
Protection:
Deprotection:
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等均不受影响。在肼效果差的情况下,可用NaBH4/i-PrOH-H2O(6:1)和AcOH在80℃条件下去保护。浓HCl回流也容易脱去Pht保护基。
8. Tos(对甲苯磺酰基)
Tos是最稳定的氨基保护基之一,对碱性水解和催化还原稳定。
Protection:
Deprotection:
Tos非常稳定,它经得起一般酸解(TFA和HCl等)、皂化、催化氢解等脱保护方法,常用萘钠、Na/NH3(液) 和 Li/NH3(液)处理脱去。HBr/苯酚和Mg/MeOH 也是比较好的去保护方法。此外,有时HF/MeCN回流也能脱去Tos基。
9. Tfa(三氟乙酰基)
Tfa在稀碱液中很容易脱去。
Protection:
Deprotection:
三氟乙酰胺也是较易去保护地酰胺之一。Tfa基可以在水或乙醇水溶液中用0.1N NaOH处理或者用1 M 哌啶溶液处理很容易地脱去。在K2CO3或Na2CO3/MeOH/H2O条件下,Tfa可在甲基酯存在下于室温去保护。也可在NH3/MeOH,HCl/MeOH或通过相转移水解(KOH/Et3Bn+Br–/H2O/CH2Cl2或乙醚)脱去。
10. Trt(三苯甲基)
Protection:
Deprotection:
Trt容易用酸脱去,如用HOAc或50% aq. HOAc的水溶液在30℃或回流数分钟顺利除去,或者在HCl/MeOH、HCl/CHCl3、HBr/HOAc和TFA条件下脱保护,Trt也能被催化氢解脱去。
11. DMB(2,4-二甲氧基苄基)
DMB是较稳定的氨基保护基之一, 对催化氢解较Cbz、PMB和Bn稳定,故用H2/8%Pd-C/EtOH处理,则可除去Bn,而保留N-DMB。用Pd(PPh3)4/HOAc/THF处理,则可除去Alloc,而保留N-DMB。
Protection:
Deprotection:
DMB容易用酸脱去,如用TFA, TosOH或HCl的有机溶液在0℃或室温即可顺利除去。采用TFA/i-Pr3SiH/CH2Cl2时,N-Fmoc不受影响。其他如DDQ/CH2Cl2也能很方便脱去DMB,而叔丁酯和N-Boc不受影响。
12. Pmb(对甲氧基苄基)
对甲氧基苄基(Pmb)是也最稳定的氨基保护基之一。它对大多数反应都是稳定的,在Bn存在下,可用CAN(硝酸铈铵)或DDQ(二氯二氰基苯醌)氧化选择脱Pmb;同样,在Boc和叔丁酯存在下,可用CAN氧化选择脱Pmb;也可用H2/Pd(OH)2去掉Bn,而保留Pmb。
Protection:
Deprotection:
除了常规的催化氢解外,CAN,DDQ氧化去保护或者在TFA中加热脱保护
13. 苄基(Bn)
苄基(Bn)是最稳定的氨基保护基之一,同PMB一样,对大多数反应都是稳定的,但比PMB更加稳定,因而也更难脱除。
Protection:
Deprotection:
Bn常用催化氢解脱去,如H2/20%Pd(OH)2/C 、H2/Pd-C、H2/PdCl2、Pd/HCOOH或Pd-C/HCOOH、Pd-C/HCOONH4、Pd-C/NH2NH2或Pd-C/环已烯作氢源转移氢化
用H2/Pd-C去保护通常很慢,除非添加Boc2O促进Bn的离去
此外也可在CCl3CH2COCl/CH3CN、Li/NH3、Na/NH3、CAN和CH3CHClOCOCl条件下脱保护
参考资料:
百度文库,链接:https://wenku.baidu.com/view/83eb4b726294dd88d0d26bd7.html
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