氨基保護方法

1、氨基保護方法胺類化合物對氧化和取代等反應都很敏感,為了使分子其它部位進行反應時氨基保持不變,通常需要用易于脫去的基團對氨基進行保護。例如,在肽和蛋白質(zhì)的合成中常用氨基甲酸酯法保護氨基,而在生物堿及核苷酸的合成中用酰胺法保護含氮堿基。化學家們在肽的合成領域內(nèi),對已知保護基的相對優(yōu)劣進行了比較并在繼續(xù)尋找更有效的新保護基。除了肽的合成外,這些保護基在其它方面也有很多重要應用。下面介紹保護氨基的一些主要方法和基團。1 形成酰胺法將胺變成取代酰胺是一個簡便而應用非常廣泛的氨基保護法。單?；阋员Ｗo一級胺的氨基,使其在氧化、烷基化等反應中保持不變,但更完全的保護則是與二元酸形成的環(huán)狀雙?；苌?。常

2、用的簡單酰胺類化合物其穩(wěn)定性大小順序為甲酰基<乙?；?lt; 苯甲?；ｕ０芬子趶陌泛王Ｂ然蛩狒苽?并且比較穩(wěn)定,傳統(tǒng)上是通過在強酸性或堿性溶液中加熱來實現(xiàn)保護基的脫除。由于若干基質(zhì),包括肽類、核苷酸和氨基糖,對這類脫除條件不穩(wěn)定,故又研究出了一些其他脫除方法,其中有甲酰衍生物的還原法,甲?；约皩αu苯基丙?；苌锏难趸?苯?；蛯αu苯基丙?；苌锏碾娊夥?鹵代?；⒁阴４阴；约班徬趸?、氨基、偶氮基或芐基衍生物等“輔助脫除法”,等等。為了保護氨基,已經(jīng)制備了很多N2酰基衍生物,上述的簡單酰胺最常用,鹵代乙?；苌镆渤Ｓ?。這些化合物對于溫和的酸水解反應的活性隨取代程度的增加而

3、增加:乙?；?lt; 氯代乙?；?lt; 二氯乙酰基< 三氯乙?；?lt; 三氟乙?；?。此外,在核苷酸合成的磷酸化反應中,胞嘧啶、腺嘌呤和鳥嘌呤中的氨基是分別由對甲氧苯酰基、苯酰基和異丁?；蚣谆□；枰员Ｗo的,這些保護基是通過氨解脫除的。另外,伯胺能以酰胺的形式加以保護,這就防止了活化的N2乙酰氨基酸經(jīng)過內(nèi)酯中間體發(fā)生外消旋化。111 甲酰衍生物胺類化合物很容易進行甲?；磻?常常僅用胺和98 %的甲酸制備。甲酸乙酸酐也是一個有用的甲?；噭?。對于某些容易發(fā)生消旋化的氨基酸可用甲酸和N ,N2雙環(huán)己基碳二亞胺(DCC) 在0 時進行甲酰化反應,也可用酯類進行氨解。甲酰胺類是相當穩(wěn)定的化

4、合物,因此廣泛應用于肽的合成。甲?；拿摮灿泻芏喾椒?氧化或還原法脫酰反應均可被采用。N2甲酰衍生物用15 %過氧化氫水溶液處理,可以順利地進行氧化脫解。用氫化鈉在二甲氧基乙烷中回流可以代替用酸或堿水解去除?；?。112 乙?；捌溲苌锇奉惢衔锏囊阴；蛉〈阴Ｑ苌锸怯悯Ｂ?、酸酐進行酰化或在二環(huán)己基碳二亞胺(DCC) 或焦亞磷酸四乙基酯存在下,直接與酸綜合加以制備,有時也可用酯或硫酯氨解的方法;制備乙酰胺另一好的方法是用胺和乙烯酮15或異丙烯乙酸酯反應。如果用雙烯酮17反應,則得到的是乙酰乙酰基衍生物。用乙?；Ｗo氨基比用其他保護基要多。由于它比甲?；€(wěn)定,因此,在進行親電取代、硝化、

5、鹵代等反應時常選擇乙?；鶃肀Ｗo芳香胺。乙酰胺丙二酸酯也可用于合成2氨基酸,但在脫乙?；鶗r所需的酸或堿性條件,可使分子內(nèi)其他部位受影響。在脫去氨基糖上的乙?；鶗r,也可用肼解反應代替堿性水溶液。近年來用鹵代乙?；绕涫侨阴；ＷoN H 鍵越來越得到重視,這個保護基可在溫和的堿性條件下水解去掉,如用氨水、堿性離子交換樹脂等,肽類上的三氯乙?；蛉阴＞捎门饸浠c還原去掉。三氟乙酰基不僅用于肽的合成,而且也用于氨基糖類的保護。在甾體、苷類合成中也有一些應用三氟乙酰基的重要實例,它既可以保護甾體上的氨基,也可以保護糖上的氨基。113 苯甲?；坝嘘P衍生物胺的苯甲酰化和取代苯甲酰衍生物常用酰氨Sch

6、otten - Baumann 反應制備,用焦亞磷酸四乙基酯進行混合酸酐法也可得到非常好的結(jié)果。其它都是用酸或堿水解脫除。用苯甲酰類作保護基,一般不及用甲酰、乙酰保護方便,除非是苯甲酰類對水解穩(wěn)定,而其某些優(yōu)越之處在于核苷酸類保護基上的應用。114 環(huán)狀酰亞胺衍生物環(huán)狀酰亞胺衍生物非常穩(wěn)定, 很宜用于保護一級胺和氨, 但非環(huán)狀的酰亞胺已證明過分活潑而不宜用作保護基。在環(huán)狀酰亞胺衍生物中, 琥珀酰胺衍生物的應用較有限, 僅用于青霉素的合成和芳香胺的硝化?，F(xiàn)最受重視的還是鄰苯二甲酰亞胺, 用鄰苯二甲酰亞胺的鉀鹽進行烷基化以制備純的一級胺, 是應用已久的著名的Gabriel 氏合成法, 不過, 現(xiàn)對

7、此法已做了許多改進。為了保護一級胺, 可將胺和丁二酸酐或鄰苯二甲酸酐在150200 共熱, 引進丁二?；蜞彵蕉柞；? 在不太強烈的條件下形成非環(huán)的單酰胺(酰胺酸) , 用混合的脫水劑, 如乙酰氯或亞硫酰氯處理時, 通常可轉(zhuǎn)化成環(huán)狀酰胺。另外, 也可將胺與酸酐在苯或甲苯中與三乙胺回流, 反應過程中生成的水用共沸蒸餾除去。21 形成氨基甲酸酯和尿素型化合物的保護法211 氨基甲酸酯型衍生物在肽合成中, 將氨基甲酸酯用作氨基酸的保護基, 從而將外消旋化抑制到最低限度。為最大限度抑制外消旋化, 可使用非極性溶劑, 此外使用盡量少的堿和低的反應溫度以及使用氨基甲酸酯保護基(R = O2烷基和O2芳基

8、) , 都是有效的措施。通常采用胺和氯代甲酸酯或重氮甲酸酯進行反應制備氨基甲酸酯。它們的穩(wěn)定性有著很大的差異, 因此, 當需要選擇性地脫去保護基時, 用此類基團對氨基進行保護很為適宜, 其中最有用的幾種氨基甲酸酯有: 特丁酯(BOC) 容易通過酸性水解反應脫除; 芐酯(CBZ) 通過催化氫解反應脫除; 2 , 42二氯芐酯能在氨基甲酸芐酯和特丁酯的酸催化水解條件下保持穩(wěn)定; 22 (聯(lián)苯基) 異丙酯比氨基甲酸特丁酯更容易為稀醋酸所脫除; 92芴甲基酯在堿存在下經(jīng)由2消除反應裂解; 異煙基酯在醋酸中用鋅還原裂解; 12金剛烷基酯易被三氟乙酸裂解; 22苯基異丙酯對酸性水解的穩(wěn)定性比氨基甲酸特丁酯

9、稍強。但應該注意, 疊氮甲酸特丁酯由于對熱和振動敏感, 故有一定的危險性, 只要有可能, 疊氮甲酸酯應避免使用。氨基甲酸酯類物質(zhì)很多, 還有其取代衍生物及其它類型的氨基甲酸酯都可作為氨基的保護基, 在合成反應上, 特別是在肽的合成中應用廣泛, 這里不再一一舉例了。212 尿素型化合物將胺做成尿素型化合物加以保護比將氨基做成氨基甲酸酯加以保護較為少見。在合成磺胺時, 用N , N2二苯基尿素作為原料, 可代替苯胺的酰基衍生物。近年來常采用哌啶羰基保護組氨酸中咪唑環(huán)上的N2H 鍵。這個保護基的用途在于, 它可以提高含組氨酸的較大肽類的溶解度, 并對酸水解、氫解以及對合成肽類常用的其它試劑都比較穩(wěn)定

10、, 還可用N2氯甲酰哌啶在無水吡啶中于65 時引進哌啶羰基, 并可經(jīng)肼處理除去之。N2對甲苯磺酰胺羰基衍生物(R1R2NCONHSO2C6H42P2CH3) 也是尿素型衍生物, 由氨基酸與異氰酸對甲苯磺酰酯制得, 收率20 %80 % , 用醇類裂解(95 %EtOH 水溶液, n2PrOH 或n2BuOH , 100 , 1h , 收率95 %) 。它對于稀堿、酸(HBr/ HOAc 或冷的CF3COOH) 以及肼都是穩(wěn)定的 。3 形成N2烷基衍生物的保護法用烷基保護氨基主要是用芐基或三苯甲基, 這些基團特別是三苯甲基的空間位阻作用對氨基可以起到很好的保護作用, 并且很容易除去。311 芐基

11、衍生物單和雙芐基衍生物通常是用胺和芐氯在堿存在下進行制備。用選擇性的催化加氫法可將雙芐基變成單芐基衍生物, 一級胺的芐叉衍生物進行部分氫化反應是一個制備烷基芐基胺或芳香芐胺的常用方法。用芐胺進行親核取代反應, 可引入一個氨基(保護形式) , 然后在反應后期去掉芐基。合成維生物H (生物素biotion) 中就是用上述類似方法制備了一個關鍵中間體?；瘜W家們研究了各種取代的芐基和有關的基團在催化加氫時脫去的難易, 發(fā)現(xiàn)對位取代基更不容易進行氫解, 而二苯甲基、12和22萘甲基以及92芴基等均不如芐基穩(wěn)定。312 三苯甲基衍生物三苯甲基衍生物如單芐基衍生物一樣, 可用三苯甲基溴化物或氯代物在堿性存在

12、下與胺進行反應制備, 也可用催化劑加氫還原脫掉; 三苯甲基與芐基不同在于, 它可以在溫和的酸性條件下脫去, 這方面雙2 (對甲氧基苯基) 2甲基有類似情況, 單2對甲氧基代三苯甲基則對酸更不穩(wěn)定。在肽的合成和青霉素的合成中用三苯甲基保護2氨基酸是很有價值的。由于其體積大, 不僅可保護氨基, 還可對氨基的2位基團有一定的保護作用。313 烯丙基衍生物烯丙基胺用于保護咪唑環(huán)上的N2H 鍵。在K2CO3 存在下腺嘌呤和62羥基嘌呤與烯丙基溴在N , N2二甲基乙酰胺中可得92烯丙基衍生物, 而在堿性條件下, 可將保護基氧化除去。4 形成C = N 鍵保護氨基酮或醛與一級胺反應生成甲亞胺, 通稱Sch

13、iff 堿。如果是芳香胺, 則有時稱縮苯胺(Anil) 。由芳香醛、酮和脂肪酮形成的Schiff 堿是穩(wěn)定的, 但脂肪醛與胺形成的Schiff 堿, 往往發(fā)生羥醛縮合反應而不適用于作保護基。由于芳亞甲基衍生物容易形成而且穩(wěn)定, 因此是應用最廣的保護方法。烷基化后可以生成不穩(wěn)定的季銨鹽, 由此可得到收率高的純二級胺。2氨基酸酯容易形成苯亞甲基衍生物, 但從游離酸形成的衍生物是不穩(wěn)定的。當醛基的鄰位有羥基存在時, 由于形成氫鍵而使衍生物更加穩(wěn)定。芳香亞甲基可以在極其溫和的酸性條件下進行水解脫去, 且在反應過程中不致發(fā)生消旋?？墒? 由于在某些情況下偶合不成功, 致使該方法在應用中有一定的局限性。L

14、2賴氨酸中的2氨基可生成穩(wěn)定的單苯亞甲基衍生物,利用這一現(xiàn)象可以制備L2賴氨酸的2芐氧羰基氨基衍生物。5 質(zhì)子化反應和熬合反應對氨基的保護511 質(zhì)子化反應從理論上講, 對氨基最簡單的保護方法是使氨基完全質(zhì)子化, 即占據(jù)氮原子上的孤電子對, 以阻止取代反應的發(fā)生, 但實際上在使氨基完全質(zhì)子化所需的酸性條件下, 可以進行的合成反應很少, 所以, 這種方法僅曾用于防止氨基的氧化。然而游離胺在濃硫酸中低溫(約0 ) 進行硝化時, 則不必先?；? 因其質(zhì)子化作用已足以保護氨基不致被氧化。氨基質(zhì)子化后使芳香環(huán)的活潑性減弱, 還改變?nèi)〈磻亩ㄎ恍?。例? , 22二氨基取代苯在硫酸中硝化時得到42硝基

15、衍生物, 但是用二氨基的雙酰化物(如丁酰胺) 進行硝化時, 卻主要得到32和52位硝基取代物。也可用形成季銨鹽的方法來保護氨基。季銨鹽通常用于氧化反應中保護叔胺。上述反應條件能夠在羥基或酚基的存在下, 由伯、仲、叔胺(包括氨基酸) 形成季銨鹽 。512 螯合反應一個與質(zhì)子化相似而有效的保護方法是, 利用氮原子上的孤電子對形成熬合物,例如2和2氨基酸可與過渡金屬形成穩(wěn)定的配合物。應用絡氨酸銅配合物, 苯乙?；磻辉诜踊习l(fā)生, 不在氨基上發(fā)生反應。二元氨基酸也可選擇地只在一個氨基上進行酰化反應。復合物用硫化氫處理很容易得到?；?。6 用含磷有機物保護氨基611 二烷基磷?；鳛榘被Ｗo基46

16、。在合成肽時, 用磷?；鳛榘被Ｗo基, 對堿較穩(wěn)定, 對酸則敏感易脫去, 可與芐氧羰基媲美。例如由O, O2二烷基2N2取代苯乙基磷酰胺3ac 合成了N , N2二烷基磷?；?N2取代苯乙基甘氨酸衍生物4ae , 在Lewis 酸催化下成功地進行了Freidel2Crafts 反應得到相應的分子內(nèi)環(huán)化產(chǎn)物苯并232氮雜環(huán)庚酮212衍生物, 并在溫和條件下脫保護基。在合成苯并232氮雜環(huán)庚酮類(6a 、6b) 化合物時, 以二異丙基磷?；鳛榘被Ｗo基, 具有易除去、不脫羰的優(yōu)點, 這是磺?；?、烷氧羰基所不及的, 在一般有機合成中作為氨基保護基是大有潛力的。612 亞磷酸二乙酯作為2氨基酸中2

17、氨基的保護基48 目前在多肽合成中常用的2氨基保護基大多屬于烷氧羰基型(R2O2CO2) , 如BOC、Z、PMZ 等, 這些保護基對堿穩(wěn)定對酸敏感, 易于在酸性條件下脫除, 但相應的試劑在制備時需使用劇毒的光氣, 這無論對實驗室制備或工業(yè)生產(chǎn)都會帶來很多不便, 因此, 需要尋找能替代它們的價廉易得、穩(wěn)定且低毒的新2氨基保護試劑。以亞磷酸二乙酯為試劑, 由引入O , O2二乙基磷?；?DEPP) 作為2氨基酸的2氨基保護基, 采用相轉(zhuǎn)移催化法不僅合成了N2 (DEPP) 22氨基酸甲酯衍生物, 還合成了含有游離羥基的N2 (DEPP) 22氨基酸, 并由疊氮法制得了兩種模型二肽。對一些DEPP

18、 保護的氨基酸衍生物作了在酸、堿及水合肼中穩(wěn)定性的研究, 用4 mol/ L HCL及TFA 作了脫保護基條件的試驗。在各項考察的基礎上, 對亞磷酸二乙酯作為2氨基酸的2氨基保護試劑在肽合成上應用的可行性作評價。亞磷酸二乙酯制備簡單、低廉、低毒且相當穩(wěn)定, 試驗表明, 用它作試劑在溫和條件下不僅能與2氨基酸酯類反應生成N2DEPP 衍生物, 而且還能使2氨基酸四烷銨鹽N2DEPP 化, 然后較易得到N2DEPP22氨基酸。這N2DEPP2衍生物在堿中穩(wěn)定, 通常在弱酸性條件下也很穩(wěn)定。雖然在2mol/ L NaOH 和85 %水合肼中觀察到有微弱副反應發(fā)生, 但它不是保護基的脫除反應。用DEP

19、P2氨基酸衍生物合成的兩種模型二肽, 無論在氨基酸分析上, 還是在層析行為上都與標準二肽相同, 這說明以亞磷酸二乙酯為試劑引入DEPP 為2氨基酸的2氨基保護基是行之有效的, 可用于肽的合成。然而以DEPP 為2氨基酸的2氨基保護基雖然在試劑方面有其優(yōu)越性, 但DEPP 保護基也有不可忽視的缺點 , 這項工作還有待于進一步研究?？傊? 氨基的保護方法和保護基都很多, 上面介紹的是比較重要而又實用的方法和基團?；瘜W家們至今還在尋求有關更好的方法及更有效的保護基, 研究工作仍在繼續(xù)。氨基保護在有機合成中的應用將會越來越廣泛。1 C B Reese. Tetrahedron , 1978 , 34

20、: 31432 V Amarnath and A D Broom. Chem Rev , 1977 , 77 : 1833 R S Goody and R T Walker. Tetrahedron Lett , 1967 , 2894 C B Reese. Tetrahedron , 1978 , 34 : 314331795 T O Thomas. Tetrahedron Letters , 1967 , 3356 KOkawa and S Hase. Bull Chem Soc Japan , 1963 , 36 : 7547 J C Sheehan and D D H Yang. J

21、Am Chem Soc , 1985 , 80 : 11548 M Waki and TMeienhofer. J Org Chem , 1977 , 42 : 20199 F M F Chen and N L Benoiton , Synthesis , 1979 , 70910 K Hofmann , E Stutz , G Spuhler , et al. J Amer Chem Soc , 1960 , 82 : 372711 T S Meek. S Minkowitz , and M M Miller , J Org Chem , 1959 , 24 : 13912 A Galat.

22、 Ind and Eng Chem , 1944 , 36 : 19213 GLosse and W Zonnchen. Annalen , 1960 , 636 : 14014 A R Battersby and T P Edwards. J Chem Soc , 1960 , 121415 J Blodinger and GW Anderson. J Amer Chem Soc , 1952 , 74 : 55416 G Ruadbeck. Amgew Chem , 1956 , 68 : 36917 H J Hagemeyer and D C Hull. Ind and Eng Chem

23、 , 1949 , 41 : 292018 F Dangeli , F Filira , and E Scoffone. Tetrahedron Lett , 1965 , 60519 L Kisfaludy , TMohacsi , MLow , et al. J Org Chem , 1979 , 44 : 65420 A GM Barrett and J C A Lana. J Chem Soc , Chem Commun , 1978 , 47121 A S Steinfeld , F Naider , and J M Becker. J Chem Res , Synop , 1979

24、 , 12922 R A Olofson and R V Kendall. J Org Chem , 1970 , 35 : 224623 E E Schallenberg and M Calvin. J Amer Chem Soc , 1955 , 77 : 277924 F Weygand and E Frauendorfer. Chem Ber , 1970 , 103 : 243725 ML Wolfrom and H B Bhat. J Org Chem , 1967 , 32 : 192126 R A Lugas , D F Dickel , R L Uziemian. et al

25、. J Amer Chem Soc , 1960 , 82 : 568827 H Newman. J Org Chem , 1965 , 30 : 128728 TJ Curphey. J Org Chem , 1979 , 44 : 280529 A GM Barrett and J C A Lana. J Chem Soc , Chem Commun , 1978 , 47130 L horner and H Neumann. Chem Ber , 1965 , 98 : 346231 E Whit. Org Synth , Collect 1973 , Vol V: 33632 A GM

26、 Barrett and J C A Lana. J Chem Soc , Chem Commun , 1978 , 47133 A Holy and M Soucek. Tetrahedron Lett , 1971 , 18534 N Ishikawa and S Shin2Ya. Chem Lett , 1976 , 67335 A S Steinfeld , F Naider , and J M Becker. J Chem Res , Synop , 1979 , 12936 L F Fieser. Org Experiments , D C Heath Boston , 1964 , 11737 T Sasaki , KMinamoto , and H Itok. J Org Chem , 1978 , 43 : 2320第1期高旭紅等:有機合成中的氨基保護及應用(綜述) 85© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,