氨基的保护及脱保护策略

氨基的保护及脱保护策略
氨基的保护及脱保护策略

经典化学合成反应标准操作
1. 2.
氨基的保护及脱保护概要……………………………………………2 烷氧羰基类 2-1. 苄氧羰基(Cbz)……………………………………………… 4
2-2. 叔丁氧羰基 (Boc) ……………………………………………… 16 2-3. 笏甲氧羰基(Fmoc) ………………………………………… 28 2-4. 烯丙氧羰基(Alloc) ………………………………………… 34 2-5. 三甲基硅乙氧羰基 (Teoc) …………………………………… 36 2-6. 甲(或乙)氧羰基 3. 酰基类 3-1. 邻苯二甲酰基 (Pht) …………………………………………… 43 3-2. 对甲苯磺酰基(Tos) ………………………………………… 49 3-3. 三氟乙酰基(Tfa) 4. 烷基类 4-1. 三苯甲基(Trt) ……………………………………………… 57 4-2. 2,4-二甲氧基苄基 (Dmb) …………………………………… 63 4-3. 对甲氧基苄基(PMB) ……………………………………… 65 4-4. 苄基(Bn) …………………………………………………… 70 ………………………………………… 53 …………………………………………… 40

经典合成反应标准操作—氨基的保护及脱保护
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经典合成反应标准操作—氨基的保护及脱保护
1.氨基的保护及脱保护概要
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 过程中会涉及的所有官能团。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是非常有效(如苄基可保护羟基为醚,保护羧酸为酯,保 护氨基为氨基甲酸酯) 。要选择性去除保护基时,就只能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) 。最后,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,亚胺等) ;或者设计出新的不需要保护基的合 成路线。 在合成反应中,伯胺、仲氨、咪唑、吡咯、吲哚和其他芳香氮杂环中的氨基往往是 需要进行保护的。已经使用过的氨基保护基很多,但归纳起来,可以分为烷氧羰基、酰 基和烷基三大类。烷氧羰基使用最多,因为 N-烷氧羰基保护的氨基酸在接肽时不易发 生消旋化。伯胺、仲氨、咪唑、吡咯、吲哚和其他芳香氮氢都可以选择合适的保护基进 行保护。下表列举了几种代表性的常用的氨基保护基。
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几种代表性的常用的氨基保护基
结构
O O X
缩写
应用
引入条件
脱去条件 H2/Pd-C,供氢体/Pd-C, BBr3/CH2Cl2 or TFA, HBr/HOAc 等 3MHCl/EtOAc, HCl/MeOH or diox, TosOH/THF-CH2Cl2, Me3SiI/CHCl3orCH3CN 20%哌啶/DMF,50%哌 啶/CH2Cl2 等 Ni(CO)4/DMF/H2O; Pd(PPh3)4/Bu3SnH;
Cbz
伯胺、仲氨、咪唑、 Cbz-Cl/Na2CO3/CHCl3 /H2O 吡咯、吲哚等 Boc2O/NaOH/diox/H2 伯胺、仲氨、咪唑、 O, Boc2O/ /MeOH, Boc2O/Me4NOH/CH3C 吡咯、吲哚等 N 伯胺、仲氨等 伯胺、仲氨、咪唑、 吡咯、吲哚等 Fmoc-Cl/NaHCO3,/dio x/H2O Aloc-Cl/Py
O X O
Boc
X O O
Fmoc
X O O
Alloc
O Cl O TMS
Teoc
伯胺、仲氨、咪唑、 Teoc-Cl/碱/diox/H2O 吡咯、吲哚等
TBAF;TEAF
X O O
Me( or Et)
-
伯胺、仲氨、咪唑、 ROCOCl/NaHCO3,/dio x/H2O 吡咯、吲哚等 邻苯二甲酸酐 /CHCl3/70℃;邻苯二甲 酰亚胺-NCO2Et/aq. Na2CO3 Tos-Cl/Et3N TFAA/Py; 苯二甲酰 亚胺 -NCO2CF3/CH2Cl2 Trt-Cl/Et3N
HBr/HOAc; Me3SiI; KOH/H2O/乙二醇 H2NNH2/EtOH, NaBH4/i-PrOH-H2O(6: 1) HBr/HOAc, 48%HBr/苯 酚(cat) K2CO3/MeOH/H2O; NH3/MeOH; HCl/MeOH HCl/MeOH, H2/Pd/EtOH, TFA/CH2Cl2
O X N O
O X S O
Pht
伯胺
Tos
伯胺、仲氨、咪唑、 吡咯、吲哚等 伯胺、仲氨、咪唑、 吡咯、吲哚等 伯胺、仲氨、咪唑、 吡咯、吲哚等
O X CF3
Tfa
X
Trt
MeO OMe X
Dmb
伯胺、仲氨、咪唑、 ArCHO/NaCNBH3/Me OH 吡咯、吲哚等 PMB-Br/ 伯胺、仲氨、咪唑、 K2CO3/CH3CN;PhCH 吡咯、吲哚等 O/NaCNBH3/MeOH Bn-Br/Et3N or 伯胺、仲氨、咪唑、 K2CO3/CH3CN;PhCH 吡咯、吲哚等 O/NaCNBH3/MeOH HCO2H/Pd-C/MeOH; H2/Pd(OH)2/EtOH; TFA; CAN/ CH3CN HCO2H/Pd-C/MeOH; H2/Pd(OH)2/EtOH; CCl3CH2OCOCl/CH3CN
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OMe X
PMB
X
Bn

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2.烷氧羰基类保护基
烷氧羰基类保护基可用于氨基酸,以在肽合成中减少外消旋化的程度。外消旋化发 生在碱催化的 N-保护的羧基活化的氨基酸的偶联反应中,也发生在易由 N-酰基保护的 氨基酸形成的中间体恶唑酮中。 要使外消旋化程度减到最小,需使用非极性溶剂、最弱的碱、低的反应温度,并使 用烷氧羰基类保护的氨基酸是有效的。其中常用的有易通过酸性水解去保护的 Boc 基、 由催化氢解去保护的 Cbz 基、 用碱经β -消除去保护的 Fmoc 基和易由钯催化异构化去保 护的 Alloc 基。
2.1 苄氧羰基(Cbz)
苄氧羰基(Cbz)是 1932 年 Bergmann 发现的一个很老的氨基保护基,但一直到今 天还在应用。其优点在于:试剂的制备和保护基的导入都比较容易;N-苄氧羰基氨基酸 和肽易于结晶而且比较稳定;苄氧羰基氨基酸在活化时不易消旋;能用多种温和的方法 选择性地脱去。 2.1.1 苄氧羰基的导入 苄氧羰基的导入,一般都是用 Cbz-Cl。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。 ,β -二胺可用该试剂 α 在 pH= 3.5-4.5 稍有选择性地被保护, 其选择性随碳链地增长而减弱, H2N(CH2)nNH2, 如 n=2 时 71%被单保护; n=7 时 29%被单保护[1]。 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,但苯胺由于亲核性不足,与该试剂不反应[2]。
H N R2 R1 N Cbz
Cbz-Cl R2 Base
R1
NH2 R2OOC R1
Cbz-Cl Base R2OOC
NHCbz R1
1.G. J. Atwell, W. A. Denny., Synthesis, 1984, 1032 2.D. R. Kelly, M. Gingell, Chem. Ind.(London), 1991, 888
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Cbz-Cl 很容易用苯甲醇同光气的反应来制备(见下式) ,在低温下可以保存半年以 上而不发生显著的分解。
COCl2
CH2OH
CH2OCOCl
+
HCl
除 Cbz-Leu 为油状物外,绝大多数氨基酸的苄氧羰基衍生物都可以得到结晶。有的 N-苄氧羰基氨基酸能同它的钠盐按一定比例形成共晶,共晶产物的熔点较高,并难溶于 有机溶剂。 例如, 苯丙氨酸经苄氧羰基化后再加酸析出 Cbz-Phe 时往往得到共晶产物 (熔 点 144℃) 此共晶产物用乙酸乙酯和 1M HCl 一道震摇时可完全转化为 Cbz-Phe 而溶于 , 乙酸乙酯中。因此。除 Cbz-Gly 以外,一般都是采用酸化后用有机溶剂提取的方法来得 到纯的 N-苄氧羰基氨基酸。
2.1.1.1 游离氨基酸的 Cbz 保护示例
Konda-Yamada, Yaeko; Okada, Chiharu et al., Tetrahedrom; 2002, 58(39), 7851-7865 Cbz-Cl (18.5 μl, 0.155 mmol) in diethyl ether (0.2 ml) was dropped to a solution of (R)-1 (36.4 mg, 0.129 mmol) in 10% aqueous Na2CO3 (1.8 ml) at 0° and stirred for 5 h. The C, reaction mixture was acidified with 10% citric acid, extracted with CHCl3 (10 mlX3). The organic layer was washed with water, dried over Na2SO4, evaporated to give light yellow gels, which were purified by preparative TLC (CHCl3/MeOH=5:1) to afford (R)-6 (25.7 mg, 47.1%) as yellow amorphous solid. Rf = 0.87 (n-BuOH/AcOH/H2O=4:1:5); [a]D23 = -27.270 (c = 0.99, CHCl3);
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2.1.1.2 氨基酸酯的 Cbz 保护示例
O S Cbz-Cl O NH2.HCl 1 K2CO3 S
O O NHCbz 2
M. Carrasco, R. J. Jones, S. Kamel et a1., Org. Syn., 70, 29 A 3-L, three-necked, Morton flask equipped with an efficient mechanical stirrer, thermometer, and a dropping funnel is charged with L-methionine methyl ester hydrochloride 1 (117.6 g, 0.56 mol), potassium bicarbonate (282.3 g, 2.82 mol, 5 eq.), water (750 mL), and ether(750 mL), and the solution is cooled to 0° Benzyl chloroformate (105 g, 88.6 mL, 0.62 mol, 1.1 C. eq.) is added dropwise over 1 hr, the cooling bath is removed, and the solution is stirred for 5 hr. Glycine (8.5 g, 0.11 mol, 0.2 eq.) is added (to scavenge excess chloroformate) and the solution is stirred for an additional 18 hr. The organic layer is separated, and the aqueous layer is extracted with ether (2 × 200 mL). The combined organic layers are washed with 0.01 M hydrochloric acid (2 × 500 mL), water (2 × 500 mL), and saturated brine (500 mL), and then dried (Na2SO4), filtered, and evaporated on a rotary evaporator. The resulting oil is further dried in a Kugelrohr oven (50° 0.1 mm, 12 hr) to leave product 2 as a clear oil that C, solidifies upon cooling: 165–166 g (98–99%), mp 42–43° C.
2.1.1.3 氨基醇的 Cbz 保护示例(1)
H2N
OH Cbz-Cl Na2CO3 THF, H2O
CbzHN
OH
Clariana, Jaume; Santiago, G. G. et al Tetrahedron: Asymmetry, 2000, 11(22), 4549-4558 Benzyl chloroformate (0.95 ml, 6.7 mmol) was added via syringe into a stirred mixture of aminoalcohol 7 (0.989 g, 5.1 mmol) and sodium carbonate (0.683 g, 6.4 mmol) in the solvent system water (10 ml)–THF (3 ml) maintained at 0° The mixture was stirred at room C. temperature for 18 h (TLC monitoring) and then partitioned between dichloromethane and
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water. The organic phase was dried and evaporated to afford a white solid which was passed through a column of silica gel with hexanes–ethyl acetate (v:v 2:1) to afford the desired product (1.198 g, 72%), mp 125–127° C. 2.1.1.4 氨基醇的 Cbz 保护示例(2)
OH Cbz-Cl H2N O O K2CO3 Tol, H2O CbzHN O O OH
Inaba, Takashi; Yamada, Yasuki et al J. Org. Chem., 2000, 65(6), 1623-1628
To a mixture of toluene (3.85 L), water (3.85 L), and K2CO3 (470 g, 3.40 mol) were successively added 1a (770 g, 2.72 mol) and CbzCl (488 g, 2.72 mol) with vigorous stirring at a temperature below 25 ° After stirring at room temperature for 3 h, triethylamine (27.5 g, C. 270 mmol) and NaCl (578 g) were successively added, and the mixture was stirred for a further 30 min. The organic layer was separated and concentrated to give the desired product as oil, which was used for the next reaction without purification. The analytical sample was prepared by column chromatography; 2.1.2 苄氧羰基的脱去 苄氧羰基的脱除主要有以下几种方法: 催化氢解; 酸解裂解; Na/NH3 液) 1). 2). 3). ( 还原。 一般而言目前实验室常用简洁的方法就是催化氢解, 但当分子中存在对催化氢 解敏感或钝化的基团时,我们就必须采用化学方法如酸解裂解或 Na/NH3(液)还原等。 催化氢解如下式所示。催化氢解的供氢体可以是 H2、环己二烯[1, 2]、1,4-环己二烯
[2]
、甲酸铵[3]和甲酸[4-6]等,以后四个为供氢体的反应又叫催化转氢反应,通常这比催化
氢化反应更迅速。
R2 R1 N Cbz
H2 CH3
R2 + R1 N COOH CH3 + CO2 + R1
H N
R2
催化剂主要用 5-10%的钯-碳、 10-20%的氢氧化钯-碳或钯-聚乙烯亚胺, 钯-聚乙烯亚
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胺/甲酸对于除去 Cbz 要比前两者要好[7]。当 HBr/HOAc 脱去 Cbz 保护基时,产物往往 带又一点颜色,而且分解产生的溴化苄会产生一些副反应并难以除尽,而催化氢解多数 能得到无色得产物。由于硫能使催化剂中毒,因此,含有胱氨酸、半胱氨酸等含硫的肽 等 N-苄氧羰基氨基衍生物一般不用催化氢解法脱除。一般溶剂可以用甲醇,乙醇,乙 酸乙酯, 四氢呋喃等,在醇类质子溶剂中反应速度要快的多。 1. G. Briefer, T. T. Nesftrick., Chem. Rew., 1974, 74, 567 2. A. E. Jackson, R. A. Johnstone., Synthesis., 1976, 685; G. M. Anantharamaiah, K. M. Sivanandaiah., J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 1977, 490 3. M. Makowski, B. Rzeszotarska, L. Smelka et al., Liebigs Ann. Chem., 1985, 1457 4. D. R. Coleman, G. P. Royer., J. Org. Chem., 1980, 45, 2268 5. B. Eiamin, G. M. Anantharamaiah, G. P. Royer et al., J. Org. Chem., 1979, 44, 3442 6. M, J. O. Anteunis, C. Becu, F. Becu et al., Bull. Soc. Chim. Belg., 1987, 96, 775 7. D. R. Coleman, G. P. Royer., J. Org. Chem., 1980, 45, 2268 D. R. Coleman, G. P. Royer., J. Org. Chem., 1980, 45, 2268 如果在 Boc2O 存在下用 Pd/C 进行氢化,则释放出的胺直接转变成 Boc 衍生物[1]。 而且这类反应往往要比不加 Boc2O 来的快, 其主要由于氢解出来的胺往往会与贵金属有 一定的络合,使催化剂的活性降低,和 Boc2O 反应为酰胺后则去除了这一效果。另外有 时在氢解时加入适当的酸促进反应也是一样的道理,避免了生成的胺降低反应的活性。 1. M. Sakaitani, K. Hori, Y. Ohfune., Tetrahedron Lett., 1988, 29, 2983 另外当分子中有卤原子(Cl, Br, I)存在时, 一般直接用 Pd/C 会造成脱卤的发生, 一般 这种情况下,使用 PdCl2 为催化剂,以乙酸乙酯或二氯甲烷为溶剂可较好的避免脱卤的 发生。 用 MeOH/DMF 为溶剂时, Cbz-赖氨酸衍生物氢化的过程中会生成 N-甲基化的赖 在 氨酸[1]。使用氨为溶剂时,H2/Pd-C 在-33℃下氢化,肽中的半胱氨酸或蛋氨酸单元不使 催化剂毒化,此外,氨还会阻止 BnO 醚的还原,所以对 Cbz 可得到一些选择性[2-3]。 1. D. R. Coleman, G. P. Royer., J. Org. Chem., 1980, 45, 2268 2. J. P. Mazaleyrat, J. Xie, M. Wakselman., Tetrahedron Lett., 1992, 33, 4301 3. N. L. Benoiton., Int. J. Pept. Petein Res., 1993, 41, 611
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2.1.2.1 5-10%的钯-碳催化氢解示例
CbzHN OH H2 15%Pd/C MeOH H2N OH
C. Jaume; G. G. Santiago et al., Tetrahedron: Asymmetry, 2000, 11(22), 4549-4458 A solution of (R)-8 (0.170 g, 0.52 mmol) in absolute methanol (3 ml) was hydrogenated in the
presence of 15% Pd/C (0.026 g) at room temperature for 12 h. The mixture was filtered (Celite) and
washed with methanol. Then, perchloric acid (0.050 ml, 0.83 mmol) was added and the mixture was stirred for 5 min. The solvent was evaporated to afford (R)-7· HClO4, mp 233–235° [a]D23=?15.6 (c=0.68, methanol). C; 2.1.2.2 5-10%的钯-碳催化氢解示例
OH F H NHCbz OH H2 20%Pd(OH)2/C MeOH F H NH2
B. Pierfrancesco; C. silvia et al., Tetrahedron, 1999, 55(10), 3025 A solution of N-Cbz arylglycinol (17) (1.02 mmol) in MeOH (10 mL) was stirred for 15 min in the presence of an excess of Pd(OH)2/C under a dihydrogen atmosphere. The solution was then filtered on a Celite pad and the solvent removed in vaccuo. Purification of the crude afforded the desired free 2-arylglycinols (S)-21 in 87% yield, white solid; [a]D20=+47.0 (c=0.78, CHCl3); mp 94-96° (AcOEt)。 C 2.1.2.3 Pd/C-甲酸铵催化氢解示例
O O HN O 1 O O O H NHCbz O H O 10%Pd-C O HCONH4 HN O 2 O O O H NH2 O
O H O
Alargov, D. K; Naydenova, Z; Monatsh. Chem., 1997, 128(6-7), 725-732
576.6 mg of compound 1 (1 mmol) was dissolved in 20 ml of methanol. Then 150 mg of ammonium formate (3 mmol) and 75 mg of 10% Pd-C was added and the reaction mixture was stirred at room temperature 10 min and then heated to reflux for 45 min. The mixture was
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filtered through celite and the filtrate was evaporate to dryness to give 430 mg of compound 2 (98%). This compound was used without further purification in the subsequent step. 2.1.2.4 Pd/C-甲酸催化氢解示例
O O O O 1 N H N
O O O O 10%Pd-C HCOOH
O O O O 2 NH2 NH2
Fyles, T. M.; Zeng, B.; J. Org. Chem., 1998, 63(23), 8337-8345 Compound 1 (0.6 g, 0.8 mmol) was dissolved in 1:1 formic acid/methanol (60 mL) and added to a round-bottom flask (100 mL) containing 1 equiv of palladium catalyst (10% Pd/C, 1.0 g, 0.9 mmol). The mixture was continuously stirred under reflux temperature for 24 h. The catalyst was removed by filtration and washed with an additional 10 mL of methanol. The combined solvents were removed by evaporation under reduced pressure to give Compound 2 (0.34 g, 81%, a white solid, mp 96-98 ° This compound was used without further C). purification in the subsequent step.
2.1.2.5 Pd/C 催化氢解脱 Cbz 上 Boc 示例
H N O O 1 N H BocHN O N H 2
O
H2/10%Pd-C (Boc)2O
WO2004092166 10%Pd-C was addede to a solution of compound 1 (596 mg , 1.77 mmol) and (Boc)2O (773 mg, 3.54 mmol) in etnyl acetate (30 ml). The reation vessel was evacuated and back-filled with nitrogen (three times), then back-filled with hydrogen (1 atm). After 2 h, the mixture was filtered and concentrated. Purification by silica gel chromatography (30% ethyl acetate/ hexanes - 50% ethyl acetate/ hexanes) gave compound 2 (289 mg, 54%).
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2.1.2.6 PdCl2 催化氢解脱除带卤原子分子上的 Cbz 示例
H N N Cl Cl 1 O Et3SiH N O O PdCl2 Cl Cl 2 N N H N O
N
NH
US20030144297 To a solution o compound 1 (900 mg) in methylene chloride (16.5 ml) was addede PdCl2 (30 mg) and triethylamine (0.229 ml). Triethyl silane was added (2 x 0.395 ml) over 2 h. The reaction mixture stirred 1 h and 2 ml of trifluoroacetic acid was added. After 30 min the reaction was basified with 2 N NaOH, extracted with methylene chloride, dried over MgSO4, filtered and concentrated. Chromatography was run on a biotage 40S column with 3-5% MeOH/CH2Cl2 with 0.5% NH4OH to provide compound 2 as a oil (501 mg, 74%).
2.1.2.7 Pd 黑催化氢解,用氨为溶剂,半胱氨酸的 Cbz 脱除示例
O S H2 OH NHCbz 3 Pd 4 S
O OH NH2
Arthur M. Felix, Manuel H. Jimenz et a1., Org. Syn., 59, 159
A dry 1-L three-necked, round-bottomed flask is equipped with a dry ice reflux condenser, a gas-inlet tube, and a magnetic stirring bar as illustrated in the figure. The reaction vessel is
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immersed in an acetone–dry ice bath, and a total of 300 mL of ammonia is passed through a drying tower containing potassium hydroxide pellets and collected in the flask. The bath is removed to permit the reaction to proceed at the boiling point of ammonia (?33℃), and a gentle stream of dry nitrogen is bubbled into the flask. A solution of 0.708 g (0.80250 mole) of N-benzyloxycarbonyl-L-methionine in 10 ml. of N,N-dimethylacetamide 1.02 g (1.40 ml., 0.0101 mole) of triethylamine and 1.25 g of freshly prepared palladium black are added. The nitrogen stream is discontinued and replaced by a stream of hydrogen that has been passed through a concentrated sulfuric acid scrubber. The mixture is stirred under reflux for 5.5 hours to effect hydrogenolysis. The hydrogen stream is discontinued, a flow of nitrogen is resumed, and the dry ice is removed from the reflux condenser, permitting rapid evaporation of ammonia. The flask is attached to a rotary evaporator, and the mixture is evaporated to dryness under reduced pressure. The residue is dissolved in water and filtered through a sintered funnel of medium porosity to remove the catalyst. The filtrate is evaporated to dryness, and the residue (354 mg, 95%) is crystallized from water–ethanol. The white crystalline product, after drying under reduced pressure at 25° weighs 272–305 mg. , (73–82%), m.p. 280–282°(dec.), [α]25D +23.1°(c = 1, aqueous 5 N hydrochloric acid). 酸解脱除 氨基甲酸苄酯在强酸性条件下容易去保护。HBr/HOAc 是酸解脱除苄氧
羰基的最常用的试剂[1]。脱除反应主要按下式进行[2]。反应需要消耗 2 分子的 HBr,Cbz 的脱除速度随 HBr 浓度的增大而增大,因此实际上都是采用高浓度的过量 HBr/HOAc 溶液(1.2M-3.3M)以保证反应的完全。
R2 R1 N + Cbz
R2 H+ R1 N Cbz H
+
BrHBr CH2Br
+
CO2
+
H.HBr N R1 R2
1. D. Ben-Ishai, A. Berger., J. Org. Chem., 1952, 17, 1564; R. A. Boissonnas, J. Blodinger, A. D. Welcher., J. Am. Chem. Soc., 1952, 74, 5309 2. R. A. Boissonnas, J. Blodinger, A. D. Welcher., J. Am. Chem. Soc., 1952, 74, 5309; J. Meienhofer, E. Schnabel., Z. Naturforsch., 1965, 20b, 661 含有丝氨酸[1]和苏氨酸[2]的肽或其它含羟基的氨基衍生物用 HBr/HOAc 脱除 Cbz 时 会发生羟基的 O-乙酰化反应。虽然 O-乙酰基能用碱皂化或氨解脱去,但为了避免这个
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副反应,可以改用 HBr/二氧六环或 HBr/三氟乙酸来代替 HBr/HOAc[3]。由于 HBr 在三 氟乙酸中的溶解度较小, 因此不能预先制成 HBr/三氟乙酸溶液, 而只能将保护的肽或氨 基衍生物溶于无水三氟乙酸中,先于 0℃下通入干燥的 HBr,待 Cbz 大部分脱除后,再 室温通短时间以求完全脱除变化基。 Cbz 被 HBr 分解产生的溴化苄能同肽中的某种氨基 酸反应,也是需要加以注意的。如,甲硫氨酸的硫原子能同溴化苄反应生成 S-苄基甲硫 氨酸[4],防止的办法是加入硫醚(CH3SC2H5)为捕捉剂[5]。色氨酸被 HBr/HOAc 分解产 生有色物质,防止的办法是加入亚磷酸二乙酯。硝基精氨酸会发生硝基的部分脱落,改 用液体 HBr 于-67℃处理可以避免。 1. G. D. Fasman, E. R. Blout., J. Am. Chem. Soc., 1960, 82, 2262 2. S. Fujiwara, S. Moerinaga, K. Narita., Bull. Chem. Soc. Japan., 1962, 35, 438 3. J. Meienhofer, E. Schnabel., Z. Naturforsch., 1965, 20b, 661; 黄惟德等,生物化学与生
物物理学报, 1961, 98
4. N. F. Albertson, F. C. Mckay., J. Am. Chem. Soc., 1953, 73, 5323 5. S. Guttmann, R. A. Boissonnas, Helv. Chim. Acta., 1959, 42, 1257
用液体 HF 在 0℃处理 10-30 分钟即可将 Cbz 完全脱去[1]。FSO3H[2]、CH3SO3H[2, 3]、 CF3SO3H[3, 4]和 C6H5SCH3-TFA[5]也是较好的试剂。Me3SiI 在氯仿、乙腈中能于几分钟内 选择性脱去 Cbz 和 Boc 保护基[6]。对于 BBr3/CH2Cl2 而言,较大分子的肽的 Cbz 衍生物 可在 TFA 中去除,因为肽在酸中的溶解度比在 CH2Cl2 中大[7]。从肽中脱去 Cbz,可在 TFA 中添加 0.5 M 4-(甲硫基)苯酚[8]或使用 HF/Me2S/对甲苯酚[9](25:65:10,v/v)来抑 制 Bn+对芳香氨基酸的加成。 1. S. Sakakibara et a1., Bull. Chem. Soc. Japan., 1967, 40, 2164; S. Matsuura, C. H. Niu, J. S. Cohen., J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1976, 451 2. H. Yajima, H. Ogawa, H. Sakurai., J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1977, 909 3. H. Yajima et a1., J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1974, 107 4. H. Yajima et a1., Chem. Pharm. Bull., 1975, 23, 1164 5. Y. Kiso, K. Ukawa, T. Akita., J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1980, 101 6. R. S.Lott, V. S. Chauham, C. H. Stammer., J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1979, 495 7. J. Pless, W. Bauer., Angew Chem., Int. Ed. Engl., 1973, 12, 147; A. M. Felix., J. Org.
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Chem., 1974, 39, 1427 8. M. Bodanszky, A. Bodanszky., Int. J. Pept. Protein Res., 1984, 23, 287 9. J. P. Tam, W. F. Heath, R. B. Merrifield., J. Am. Chem. Soc., 1983, 105, 6442 此外, 已经报道过的还有以下的一些不常用的方法。 HCl/CHCl3[1]、 如 HCl/HOAc[2]、 HBr/SO2[3]、液体 HBr[4]、TosOH[5]、HI/HOAc[6]、碘化磷[7]、Et3SiH[8]、沸腾的 TFA[9]、 8M HCl 的乙醇液或 6 M HCl 回流 1 小时[10]或浓盐酸于 25-75℃加热处理 1-1.5 小时[11] 等。 1. G. D. Fasman, M. Idelson, E. R. Blout., J. Am. Chem. Soc., 1961, 83, 709 2. R. B. Merrifield., J. Am. Chem. Soc., 1963, 85, 2149 3. M. Idelson, E. R. Blout., J. Am. Chem. Soc., 1958, 80, 4631 4. M. Brenner, H. C. Curtius., Helv. Chim. Acta., 1963, 46, 2126 5. E. Taschner, B. Liberek, Abstr. Int. Cong. Biochemistry, Vienna 1958 6. E. Waldschmidt-Leitz, K. Kuhn., Chem. Ber., 1951, 84, 381 7. E. Brand, B. F. Erlanger, H. Sachs., J. Am. Chem. Soc., 1952, 74, 1849 8. Birkofer et al., Angew. Chem., Int. Ed., 1965, 4, 417 9. F. Weygand, W. Steglich., Z. Naturforsch., 1959, 14b, 472 10. A.E. Barkdoll, W. F. Ross., J. Am. Chem. Soc., 1944, 66, 567; G. Chelucci, M. Falorni, G. Giacomelli., Synthesis., 1990, 1121 11. J. White., J. Biol. Chem., 1934, 106, 141 2.1.2.8 HBr-AcOH 脱除 Cbz 示例
O N EtOOC S N H N O NHCbz 33% HBr EtOOC AcOH, 91% S N N H
O N O NH2.HBr
B. Anna; P. Gerald., Heterocycles, 2002, 58, 521 A solution of the amine Cbz compund (208 mg, 0.44 mmol) in 33 % hydrobromic acid in acetic acid (1 mL) and glacial acetic acid (0.6 mL) was stirred at rt for 3 h under an atmosphere of nitrogen. The volatiles were removed in vacuo to leave the free amine
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hydrobromide (168 mg, 91 %) as a brown, highly hygroscopic powder; [α]D =-18.0°(c = 0.4, EtOH); 2.1.2.9 TMSI 脱除 Cbz 示例 1
O O O N H 1 Br O NHCbz Me3SiI O Et3N, CH3CN N H 2 Br O NH2 O O
US20040204397 Me3SiI (0.73 ml, 0.73 mmol) was added to a soluton of compound 1 (146 mg, 0.33 mmol) in acetonitrile (10 ml) at room temperature, and the resulting mixture was stirred at room temperature for 2 h. Et3N (0.12 ml) was added and the mixture was stirred at room temperature for 15 min. The solvents were removed in vacuo, and the residue was extracted with ethyl acetate. The combined organics were washed with sodium bicarbonate and brine, dried over sodium sulfate and filtered. Solvents were removed and the residue was used directly in the next step.
N HN Cl N N H 1 NHCbz N N Me3SiI Et3N, CH3CN Cl N N H 2 NH2 N HN N N
US20050203078 2.1 g (4.45 mmol) of compound 1 in 30 ml of CH2Cl2 were combined with 1.9 ml (13.4 mmol) Me3SiI and stirred for 16 h at room temperature. Then 20 ml of MeOH were addede, the mixture was stirred for a further 30 min at room temperature and the reaction mixture was evaporated down completely. The residue was purified by chromatography on silica gel (eluding gradient: CH2Cl2/(MeOH/conc. Ammonia 95:5) = 70/30 – 60/40) to yield compound 2 (690 mg, 56%).
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2.2 叔丁氧羰基(Boc)
除 Cbz 保护基外,叔丁氧羰基(Boc)也是目前多肽合成中广为采用的氨基保护基, 特别是在固相合成中, 氨基的保护用 Boc 而多不用 Cbz。 Boc 具有以下的于的优点: Boc氨基酸除个别外都能得到结晶;易于酸解除去,但有具有一定的稳定性,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。 2.1.1 叔丁氧羰基的导入 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 很容易同 Boc2O 反应得到 N-叔丁氧羰基氨基化合物[1]。这是引入 Boc 常用方法之一, 它的优点是其副产物无多大干扰并容易除去。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/MeOH or DMF 在 40-50℃下进行较 好,因为这些无水条件下用于保护 O17 标记的氨基酸而不会由于与水交换使 O17 丢失[2]。 有空间位阻的氨基酸而言,用 Boc2O/Me4NOH.5H2O/CH3CN 是十分有利的。 1. D. S. Tarbell, Y. Yamamoto et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 1972, 69, 730 2. E. Ponnusamy, U. Fotadar et al., Synthesis., 1986, 48 芳香胺由于其亲核性较弱,一般反应需要加入催化剂,另外对于伯胺,通过 DMAP 的使用可以上两个 Boc.
Boc2O, DMAP Ar NH2 Ar NHBoc Boc Ar N Boc
对于有酚羟基存在的胺,酚羟基上接 Boc 的速度也是相当快的,因而一般没太大的 选择性。 对于有醇羟基存在的,若用 DMAP 做催化剂,时间长了以后醇羟基也能上 Boc, 因此反应尽量不要过夜。 由于氰酸酯的生成,有位阻的胺往往会与 Boc2O 生成脲[1]。这个问题可通过该胺 NaH 或 NaHMDS 反应,然后再与 Boc2O 反应来加以避免[2]。
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Br Boc2O DMAP, THF Br + O 17% 56% O Br
NH2 Br
H N
H N
H N
O
1. H. J. knolker, T. Braxmeier et al., Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 1995, 34, 2497; H. J.
knolker, T. Braxmeier et al., Synlett., 1996, 502; Kessier,A.; Coleman, C. M., et al J. Org. Chem.,
2004, 69(23), 7836-7846 2. T. A. Kelly, D. W. McNeil., Tetrahedron Lett., 1994, 35, 9003
有时在反应中有可能多加了 Boc 酸酐,当分子中无游离酸碱时很难出去,若一定要 除去, 一般在体系中加入一些 N,N-二甲基乙二胺或 N,N-二甲基丙二胺, 而后将上了 Boc 的 N,N-二甲基乙二胺或 N,N-二甲基丙二胺用稀酸除去。
Boc2O R NH2 R NHBoc excess
H2N N BocHN N
+ Boc2O (excess)
稀酸除去
由于 Boc 对酸敏感, 因此在合成过程中用到酸洗或酸溶解等操作时, 为了保险起见, 尽量不用盐酸而用 10%柠檬酸(0.5M)或在低温条件进行。 2.2.1.1 氨基酸 Boc 保护示例
NH2 COOH Boc2O NaOH, t-BuOH, H2O NHBoc COOH
Oskar Keller, Walter E. Keller, Gert van Look et al., Org. Syn., 63, 160 A 4-L, four-necked, round-bottomed flask, equipped with an efficient stirrer, a dropping funnel, reflux condenser, and thermometer is charged with a solution of 44 g (1.1 mol) of sodium hydroxide in 1.1 L of water. Stirring is initiated and 165.2 g (1 mol) of L-phenylalanine is added at ambient temperature, and then diluted with 750 mL of tert-butyl alcohol. To the well-stirred, clear solution is added dropwise within 1 hr, 223 g (1 mol) of di-tert-butyl dicarbonate. A white precipitate appears during addition of the di-tert-butyl dicarbonate. After a short induction period, the temperature rises to about 30–35° The C. reaction is brought to completion by further stirring overnight at room temperature. At this
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time, the clear solution will have reached a pH of 7.5–8.5. The reaction mixture is extracted two times with 250 mL of pentane, and the organic phase is extracted three times with 100 mL of saturated aqueous sodium bicarbonate solution. The combined aqueous layers are acidified to pH 1–1.5 by careful addition of a solution of 224 g (1.65 mol) of potassium hydrogen sulfate in 1.5 L of water. The acidification is accompanied by copious evolution of carbon dioxide. The turbid reaction mixture is then extracted with four 400-mL portions of ethyl ether. The combined organic layers are washed two times with 200 mL of water, dried over anhydrous sodium sulfate or magnesium sulfate, and filtered. The solvent is removed under reduced pressure using a rotary evaporator at a bath temperature not exceeding 30° The C. yellowish oil that remains is treated with 150 mL of hexane and allowed to stand overnight. Within 1 day the following portions of hexane are added with stirring to the partially crystallized product: 2 × 50 mL, 4 × 100 mL, and 1 × 200 mL. The solution is placed in a refrigerator overnight; the white precipitate is collected on a Bü chner funnel and washed with cold pentane. The solid is dried under reduced pressure at ambient temperature to constant weight to give a first crop. The mother liquor is evaporated to dryness leaving a yellowish oil, which is treated in the same manner as described above, giving a second crop. The total yield of pure white N-tert-butoxycarbonyl-L-phenylalanine is 207–230 g (78–87%), mp 86–88° C, [α]D20 + 25.5°(ethanol c 1.0).
2.2.1.2 氨基酸酯 Boc 保护示例
NH2.HCl HO COOMe Boc2O HO Et3N NHBoc COOMe
Alessandro Dondoni, Daniela Perrone., Org. Syn., 77, 64 A 500-mL, three-necked, round-bottomed flask, is equipped with a magnetic stirring bar, thermometer, reflux condenser protected from moisture by a calcium chloride-filled drying tube, and a pressure-equalizing dropping funnel that is connected to a nitrogen flow line and is charged with a solution of 97% di-tert-butyl dicarbonate (14.3 g, 63.6 mmol) in tetrahydrofuran (100 mL), Methyl serinate hydrochloride (10.0 g, 64.3 mmol) is placed in the flask and suspended in tetrahydrofuran (200 mL) and 99% triethylamine (14.0 g, 138 mmol). The resulting white suspension is cooled with an ice-water bath and the solution of
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di-tert-butyl dicarbonate is added dropwise over a period of 1 hr. After 10 min of additional stirring, the ice-water bath is removed and the suspension is stirred overnight (14 hr) at room temperature, then warmed at 50° for a further 3 hr. The solvent is removed under reduced C pressure and the residue is partitioned between diethyl ether (200 mL) and saturated aqueous bicarbonate solution (250 mL). The aqueous phase is extracted with three 150-mL portions of diethyl ether. The combined organic phases are dried with anhydrous sodium sulfate and concentrated under reduced pressure to give 13.4-14.0 g (95-99% crude yield) of N-Boc-L-serine methyl ester as a colorless oil that is used without further purification. [α] D 23 17.0°(MeOH, c 4.41).
2.2.1.3 Boc 酸酐在甲醇中与胺直接反应
COOEt Boc2O N H 1 MeOH N Boc 2 COOEt
Boc2O (262 g, 1.2 mol) in MeOH (250 ml) was added to a soluton of compound 1 (157.2 g, 1.0 mol) in MeOH (350 ml) at 10° and the resulting mixture was stirred at room C, temperature for 2 h. N1, N1-dimethylethane-1,2-diamine (26 g, 0.3 mol) was added and the mixture was stirred at room temperature for 15 min. The solvent was removed in vacuo, and the residue was dissolved with ethyl acetate (750 ml). The combined organics were washed with 1 N HCl (2 x 250 ml) and brine (2 x 250 ml), dried over sodium sulfate and filtered. The solvent was removed to give compound 2 (250 g, 96%), which was used directly in the next step.
2.2.1.4 芳胺的单 Boc 保护示例
NH2 N COOH Boc2O Et3N, DMF N NHBoc COOH
Luo, Qun-Li; Liu, Zhi-Ying et al., J. Med. Chem., 2003, 46(13), 2631-2640 3-Aminopyridine-2-carboxylic acid (5.02 g, 36 mmol) was suspended in 60 mL of dry DMF, and Et3N (15.2 mL, 108 mmol) was added dropwise at room temperature. To the resulting brown solution was added Boc2O (11.80 g, 54 mmol). After being stirred for 10 min, the
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几种代表性的常用的氨基保护基

几种代表性的常用的氨基保护基
结构
O O X
缩写
应用
引入条件
脱去条件 H2/Pd-C,供氢体/Pd-C, BBr3/CH2Cl2 or TFA, HBr/HOAc 等 3MHCl/EtOAc, HCl/MeOH or diox, TosOH/THF-CH2Cl2, Me3SiI/CHCl3orCH3CN 20%哌啶/DMF,50%哌 啶/CH2Cl2 等 Ni(CO)4/DMF/H2O; Pd(PPh3)4/Bu3SnH;
Cbz
伯胺、仲氨、咪唑、 Cbz-Cl/Na2CO3/CHCl3 /H2O 吡咯、吲哚等 Boc2O/NaOH/diox/H2 伯胺、仲氨、咪唑、 O, Boc2O/ /MeOH, Boc2O/Me4NOH/CH3C 吡咯、吲哚等 N 伯胺、仲氨等 伯胺、仲氨、咪唑、 吡咯、吲哚等 Fmoc-Cl/NaHCO3,/dio x/H2O Aloc-Cl/Py
O X O
Boc
X O O
Fmoc
X O O
Alloc
O Cl O TMS
Teoc
伯胺、仲氨、咪唑、 Teoc-Cl/碱/diox/H2O 吡咯、吲哚等
TBAF;TEAF
X O O
Me( or Et)
-
伯胺、仲氨、咪唑、 ROCOCl/NaHCO3,/dio x/H2O 吡咯、吲哚等 邻苯二甲酸酐 /CHCl3/70℃;邻苯二甲 酰亚胺-NCO2Et/aq. Na2CO3 Tos-Cl/Et3N TFAA/Py; 苯二甲酰 亚胺 -NCO2CF3/CH2Cl2 Trt-Cl/Et3N
HBr/HOAc; Me3SiI; KOH/H2O/乙二醇 H2NNH2/EtOH, NaBH4/i-PrOH-H2O(6: 1) HBr/HOAc, 48%HBr/苯 酚(cat) K2CO3/MeOH/H2O; NH3/MeOH; HCl/MeOH HCl/MeOH, H2/Pd/EtOH, TFA/CH2Cl2
O X N O
O X S O
Pht
伯胺
Tos
伯胺、仲氨、咪唑、 吡咯、吲哚等 伯胺、仲氨、咪唑、 吡咯、吲哚等 伯胺、仲氨、咪唑、 吡咯、吲哚等
O X CF 3
Tfa
X
Trt
MeO OMe X
Dmb
伯胺、仲氨、咪唑、 ArCHO/NaCNBH3/Me OH 吡咯、吲哚等 PMB-Br/ 伯胺、仲氨、咪唑、 K2CO3/CH3CN;PhCH 吡咯、吲哚等 O/NaCNBH3/MeOH HCO2H/Pd-C/MeOH; H2/Pd(OH)2/EtOH; TFA; CAN/ CH3CN
OMe X
PMB

氨基保护方法

氨基保护方法 胺类化合物对氧化和取代等反应都很敏感,为了使分子其它部位进行反应时氨基保持不变,通常需要用易于脱去的基团对氨基进行保护。例如,在肽和蛋白质的合成中常用氨基甲酸酯法保护氨基,而在生物碱及核苷酸的合成中用酰胺法保护含氮碱基。化学家们在肽的合成领域内,对已知保护基的相对优劣进行了比较并在继续寻找更有效的新保护基。除了肽的合成外,这些保护基在其它方面也有很多重要应用。 下面介绍保护氨基的一些主要方法和基团。 1 形成酰胺法 将胺变成取代酰胺是一个简便而应用非常广泛的氨基保护法。单酰基往往足以保护一级胺的氨基,使其在氧化、烷基化等反应中保持不变,但更完全的保护则是与二元酸形成的环状双酰化衍生物。常用的简单酰胺类化合物其稳定性大小顺序为甲酰基<乙酰基< 苯甲酰基。 酰胺易于从胺和酰氯或酸酐制备,并且比较稳定,传统上是通过在强酸性或碱性溶液中加热来实现保护基的脱除。由于若干基质,包括肽类、核苷酸和氨基糖,对这类脱除条件不稳定,故又研究出了一些其他脱除方法,其中有甲酰衍生物的还原法,甲酰基以及对羟苯基丙酰基衍生物的氧化法,苯酰基和对羟苯基丙酰基衍生物的电解法,卤代酰基、乙酰代乙酰基以及邻硝基、氨基、偶氮基或苄基衍生物等“辅助脱除法”,等等。 为了保护氨基,已经制备了很多N2酰基衍生物,上述的简单酰胺最常用,卤代乙酰基衍生物也常用。这些化合物对于温和的酸水解反应的活性随取代程度的增加而增加:乙酰基< 氯代乙酰基< 二氯乙酰基< 三氯乙酰基< 三氟乙酰基。此外,在核苷酸合成的磷酸化反应中,胞嘧啶、腺嘌呤和鸟嘌呤中的氨基是分别由对甲氧苯酰基、苯酰基和异丁酰或甲基丁酰基予以保护的,这些保护基是通过氨解脱除的。另外,伯胺能以酰胺的形式加以保护,这就防止了活化的N2乙酰氨基酸经过内酯中间体发生外消旋化。 111 甲酰衍生物 胺类化合物很容易进行甲酰化反应,常常仅用胺和98 %的甲酸制备。甲酸乙酸酐也是一个有用的甲酰化试剂。对于某些容易发生消旋化的氨基酸可用甲酸和N ,N′2双环己基碳二亚胺(DCC) 在0 ℃时进行甲酰化反应,也可用酯类进行氨解。 甲酰胺类是相当稳定的化合物,因此广泛应用于肽的合成。甲酰基的脱除也有很多方法,氧化或还原法脱酰反应均可被采用。N2甲酰衍生物用15 %过氧化氢水溶液处理,可以顺利地进行氧化脱解。用氢化钠在二甲氧基乙烷中回流可以代替用酸或碱水解去除酰基。 112 乙酰基及其衍生物 胺类化合物的乙酰化或取代乙酰衍生物是用酰氯、酸酐进行酰化或在二环己基碳二亚胺(DCC) 或焦亚磷酸四乙基酯存在下,直接与酸综合加以制备,有时也可用酯或硫酯氨解的方法;制备乙酰胺另一好的方法是用胺和乙烯酮〔15〕或异丙烯乙酸酯反应。如果用双烯酮〔17〕反应,则得到的是乙酰乙酰基衍生物。 用乙酰基保护氨基比用其他保护基要多。由于它比甲酰基更稳定,因此,在进行亲电取代、硝化、卤代等反应时常选择乙酰基来保护芳香胺。乙酰胺丙二酸酯也可用于合成α2氨基酸,但在脱乙酰基时所需的酸或碱性条件,可使分子内其他

氨基的保护及脱保护

经典化学合成反应标准操作氨基的保护及脱保护策略 编者:彭宪 药明康德新药开发有限公司化学合成部

目录 1.氨基的保护及脱保护概要 (2) 2.烷氧羰基类 2-1. 苄氧羰基(Cbz) (4) 2-2. 叔丁氧羰基(Boc)……………………………………………… 16 2-3. 笏甲氧羰基(Fmoc) (28) 2-4. 烯丙氧羰基(Alloc)………………………………………… 34 2-5. 三甲基硅乙氧羰基(Teoc)…………………………………… 36 2-6. 甲(或乙)氧羰基…………………………………………… 40 3.酰基类 3-1. 邻苯二甲酰基(Pht)…………………………………………… 43 3-2. 对甲苯磺酰基(Tos)………………………………………… 49 3-3. 三氟乙酰基(Tfa)………………………………………… 53 4.烷基类

4-1. 三苯甲基(Trt)……………………………………………… 57 4-2. 2,4-二甲氧基苄基(Dmb)…………………………………… 63 4-3. 对甲氧基苄基(PMB) (65) 4-4. 苄基(Bn) (70)

1.氨基的保护及脱保护概要 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所有官能团。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是非常有效(如苄基可保护羟基为醚,保护羧酸为酯,保护氨基为氨基甲酸酯)。要选择性去除保护基时,就只能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)。最后,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,亚胺等);或者设计出新的不需要保护基的合成路线。 在合成反应中,伯胺、仲氨、咪唑、吡咯、吲哚和其他芳香氮杂环中的氨基往往是需要进行保护的。已经使用过的氨基保护基很多,但归纳起来,可以分为烷氧羰基、酰基和烷基三大类。烷氧羰基使用最多,因为N-烷氧羰基保护的氨基酸在接肽时不易发生消旋化。伯胺、仲氨、咪唑、吡咯、吲哚和其他芳香氮氢都可以选择合适的保护基进行保护。下表列举了几种代表性的常用的氨基保护基。

氨基的保护

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氨基的保护方法

学号 西北师范大学 毕业论文(设计) 题目氨基的保护方法 学生姓名李启民 专业班级 2011级化学函授班 系别化学与生命科学系 指导教师 职称 日期 2013年7月

郑重声明 本人的毕业论文(设计)是在指导教师的指导下独立撰写完成的。如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为,本人愿意承担由此产生的各种后果,直至法律责任,并愿意通过网络接受公众的监督。特此郑重声明。 毕业论文(设计)学生签名:指导教师签名: 年月日年月日

氨基保护的研究方法 [摘要]由于氨基的氮原子上含有弧对电子,易作为亲核试剂,进攻带有部分正电荷的碳原子,从而发生卤代、酰化等反应,同时也容易被氧化生成氮氧化物,因此,氨基对氧化和取代等反应都很敏感。为了在分子其他部位反应时氨基不发生反应,通常需要用易于脱去的基团对氨基进行保护。目前,已开发出相当多的氨基保护基,并且已商品化。例如,在肽和蛋白质的合成中,通常用氨基甲酸酯(R1R2NCO2R)法保护氨基,而在生物碱的合成及基于腺嘌呤、胞嘧啶和鸟嘌呤的核苷酸的合成中,用酰胺(R1R2NCOR)法保护含氮碱基。化学家们在肽的合成领域内,对已知保护基的相对优劣了比较并在继续寻找更有效的新保护基。除了肽的合成外,这些保护基在其他方面也有很多重要应用。 [关键词] 氨基;官能团转化;保护基;氨基保护 ABSTRACT: Due to the amino nitrogen atom contains arc to electronic, easy as a nucleophile, attack with a part of the positive charge of carbon atoms, which happen halogenated, acylation reaction, but also easy to oxidation generating nitrogen oxides, and therefore, amino to oxidation and substitution reaction is very sensitive. In order to other parts of the molecular reaction time amino don't react, usually need to use easy to remove groups to protect amino. At present, have developed quite a number of amino protection base, and has been commercialized. For instance, in peptide and protein synthesis, the usually use carbamate (R1R2NCO2R) method to protect amino, and in the synthesis of alkaloids and based on adenine, cytosine and guanine nucleotide synthesis, using amide (R1R2NCOR) method to protect nitrogenous base . Chemists in peptide synthesis field, known to protect base of relative advantages and disadvantages compared and continue to look for more effective new protection base. In addition to peptide synthesis outside, these protection base in other ways also has many important applications. KEYWORDS: Nucleophile;Functional transformation;Protective group;the Protective of Nucleophile. 1、酰胺类保护法 (1)形成保护法 芳香胺在进行硝化反应时常采用甲酰基保护,因为易于引入和消去,所以在磺胺合成中用甲酰基保护比用其他酰基有明显的优势。

氨基的保护及脱保护策略

经典化学合成反应标准操作
1. 2.
氨基的保护及脱保护概要……………………………………………2 烷氧羰基类 2-1. 苄氧羰基(Cbz)……………………………………………… 4
2-2. 叔丁氧羰基 (Boc) ……………………………………………… 16 2-3. 笏甲氧羰基(Fmoc) ………………………………………… 28 2-4. 烯丙氧羰基(Alloc) ………………………………………… 34 2-5. 三甲基硅乙氧羰基 (Teoc) …………………………………… 36 2-6. 甲(或乙)氧羰基 3. 酰基类 3-1. 邻苯二甲酰基 (Pht) …………………………………………… 43 3-2. 对甲苯磺酰基(Tos) ………………………………………… 49 3-3. 三氟乙酰基(Tfa) 4. 烷基类 4-1. 三苯甲基(Trt) ……………………………………………… 57 4-2. 2,4-二甲氧基苄基 (Dmb) …………………………………… 63 4-3. 对甲氧基苄基(PMB) ……………………………………… 65 4-4. 苄基(Bn) …………………………………………………… 70 ………………………………………… 53 …………………………………………… 40

经典合成反应标准操作—氨基的保护及脱保护
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经典合成反应标准操作—氨基的保护及脱保护
1.氨基的保护及脱保护概要
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 过程中会涉及的所有官能团。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是非常有效(如苄基可保护羟基为醚,保护羧酸为酯,保 护氨基为氨基甲酸酯) 。要选择性去除保护基时,就只能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) 。最后,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,亚胺等) ;或者设计出新的不需要保护基的合 成路线。 在合成反应中,伯胺、仲氨、咪唑、吡咯、吲哚和其他芳香氮杂环中的氨基往往是 需要进行保护的。已经使用过的氨基保护基很多,但归纳起来,可以分为烷氧羰基、酰 基和烷基三大类。烷氧羰基使用最多,因为 N-烷氧羰基保护的氨基酸在接肽时不易发 生消旋化。伯胺、仲氨、咪唑、吡咯、吲哚和其他芳香氮氢都可以选择合适的保护基进 行保护。下表列举了几种代表性的常用的氨基保护基。
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常见的羟基的保护与脱保护方法

目录 1.简介 (2) 2.硅醚 (2) 三甲基硅醚(T M S-O R) (3) 叔丁基二甲基硅醚(T B D M S-O R) (4) 叔丁基二苯基硅醚(T B D P S-O R) (4) 3.苄醚 (6) 4.取代苄醚 (7) 5.取代甲基醚 (8) 6.四氢吡喃醚 (9) 7.烯丙基醚 (10)

1.前言 羟基广泛存在于许多在生理上和合成上有意义的化合物中,如核苷,碳水化合物、甾族化合物、大环内酯类化合物、聚醚、某些氨基酸的侧链。。另外,羟基也是有机合成中一个很重要的官能基,其可转变为卤素、氨基、羰基、酸基等多种官能团。在化合物的氧化、酰基化、用卤代磷或卤化氢的卤化、脱水的反应或许多官能团的转化过程中,我们常常需要将羟基保护起来。在含有多官能团复杂分子的合成中,如何选择性保护羟基和脱保护往往是许多新化合物开发时的关键所在,如紫杉醇的全合成。羟基保护主要将其转变为相应的醚或酯,以醚更为常见。一般用于羟基保护醚主要有硅醚、甲基醚、烯丙基醚、苄基醚、烷氧甲基醚、烷巯基甲基醚、三甲基硅乙基甲基醚等等。羟基的酯保护一般用的不多,但在糖及核糖化学中较为多见。 2.羟基硅醚保护及脱除 硅醚是最常见的保护羟基的方法之一。随着硅原子上的取代基的不同,保护和去保护的反应活性均有较大的变化。当分子中有多官能团时,空间效应及电子效应是影响反应的主要因素。在进行选择性去保护反应时,硅原子周围的空间效应,以及被保护分子的结构环境均需考虑。例如,一般情况下,在TBDMS基团存在时,断裂DEIPS( 二乙基异丙基硅基) 基团是较容易的,但实际得出的一些结果是相反的。在这些例子中,分子结构中空间阻碍是产生相反选择性的原因。电子效应的不同也会影响反应的选择性。对于两种空间结构相似的醇来说,电子云密度不同造成酸催化去保护速率不同,因此可以选择性去保护。这一点对酚基和烷基硅醚特别有效:烷基硅醚在酸中容易去保护,而酚基醚在碱性条件下更容易去保护。降低硅的碱性还可以用于改变Lewis酸催化反应的结果,并且有助于选择性去保护。在硅原子上引入吸电子取代基可以提高碱性条下水解反应的灵敏性,而对酸的敏感性降低。对大多数醚来说,在酸中的稳定性为TMS (1)

常用氨基保护基的稳定性Stability-PGofAmine

l 9-Fluorenylmethyl carbamate, Fmoc amino, Fmoc amine, Fmoc amide: H 2O: pH < 1, 100°C pH = 1, RT pH = 4, RT pH = 9, RT pH = 12, RT pH > 12, 100°C Bases: LDA NEt 3, Py t-BuOK Others: DCC SOCl 2 Nucleophiles: RLi RMgX RCuLi Enolates NH 3, RNH 2 NaOCH 3 Electrophiles: RCOCl RCHO CH 3I Others: :CCl 2 Bu 3SnH Reduction: H 2 / Ni H 2 / Rh Zn / HCl Na / NH 3 LiAlH 4 NaBH 4 Oxidation: KMnO 4 OsO 4 CrO 3 / Py RCOOOH I 2, Br 2, Cl 2 MnO 2/CH 2Cl 2 l t -Butyl carbamate, Boc amine, Boc amino, Boc amide: H 2O: pH < 1, 100°C pH = 1, RT pH = 4, RT pH = 9, RT pH = 12, RT pH > 12, 100°C Bases: LDA NEt 3, Py t-BuOK Others: DCC SOCl 2 Nucleophiles: RLi RMgX RCuLi Enolates NH 3, RNH 2 NaOCH 3 Electrophiles: RCOCl RCHO CH 3I Others: :CCl 2 Bu 3SnH Reduction: H 2 / Ni H 2 / Rh Zn / HCl Na / NH 3 LiAlH 4 NaBH 4 Oxidation: KMnO 4 OsO 4 CrO 3 / Py RCOOOH I 2, Br 2, Cl 2 MnO 2 / CH 2Cl 2 l Benzyl carbamate, Cbz-NR 2 / Z-NR 2: H 2O: pH < 1, 100°C pH = 1, RT pH = 4, RT pH = 9, RT pH = 12, RT pH > 12, 100°C Bases: LDA NEt 3, Py t-BuOK Others: DCC SOCl 2 Nucleophiles: RLi RMgX RCuLi Enolates NH 3, RNH 2 NaOCH 3 Electrophiles: RCOCl RCHO CH 3I Others: :CCl 2 Bu 3SnH Reduction: H 2 / Ni H 2 / Rh Zn / HCl Na / NH 3 LiAlH 4 NaBH 4 Oxidation: KMnO 4 OsO 4 CrO 3 / Py RCOOOH I 2, Br 2, Cl 2 MnO 2 / CH 2Cl 2 l Acetamide, Ac-NR 2: H 2O: pH < 1, 100°C pH = 1, RT pH = 4, RT pH = 9, RT pH = 12, RT pH > 12, 100°C Bases: LDA NEt 3, Py t-BuOK Others: DCC SOCl 2 Nucleophiles: RLi RMgX RCuLi Enolates NH 3, RNH 2 NaOCH 3 Electrophiles: RCOCl RCHO CH 3I Others: :CCl 2 Bu 3SnH Reduction: H 2 / Ni H 2 / Rh Zn / HCl Na / NH 3 LiAlH 4 NaBH 4 Oxidation: KMnO 4 OsO 4 CrO 3 / Py RCOOOH I 2, Br 2, Cl 2 MnO 2 / CH 2Cl 2 l Trifluoroacetamide: H 2O: pH < 1, 100°C pH = 1, RT pH = 4, RT pH = 9, RT pH = 12, RT pH > 12, 100°C Bases: LDA NEt 3, Py t-BuOK Others: DCC SOCl 2 Nucleophiles: RLi RMgX RCuLi Enolates NH 3, RNH 2 NaOCH 3 Electrophiles: RCOCl RCHO CH 3I Others: :CCl 2 Bu 3SnH O N O O N O O N O N O N O F F F

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