精细有机合成论文-糖类羟基的保护和去保护

糖类羟基保护基的选择及其脱保护的研究

王志芳

(合肥工业大学 化学工程学院，安徽 合肥 230009)

摘 要：糖类物质含有较多羟基，而在实际的反应合成中常常需要对糖中的羟基进行保护和脱保护。本文综述了常用的糖类羟基保护和脱保护的方法，分别有：酯基、酯类、UCP、缩醛及酮类、酶类选择性保护基。并详细综述了保护过程和脱保护过程的方法。

关键词：糖类；羟基保护基；脱保护；糖类合成 中图分类号：O629.1 文献标识码：A

The selection of Saccharide hydroxy protecting groups and deprotection

WANG Zhi-fang

( School of Civil and Hydraulic Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

Abstract：Saccharides containing much hydroxyl and the actual reaction in the synthesis of sugar is often necessary to protect the hydroxyl group and de-protection. This paper reviews the common saccharide hydroxy protection and de-protection methods, They are: ether, ester, UCP, acetals and ketals, enzymes selectively protecting group. A detailed overview of the process and the protection and de-protection process approach. Key words：Saccharides; hydroxyl protection; de-protection; Carbohydrate synthesis

0 引 言

糖类作为生命体中一种最重要的物质，实际研究中对糖类的合成逐渐加大。在糖的氧化、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。在糖类功能衍生物的合成中，羟基的选择性保护和脱保护往往是关键所在，所以研究糖类保护基是非常有意义的。常用的羟基保护基一般有这五种：酯基、醚类、UCP、缩醛和缩酮类、酶类选择性保护基。各种保护基的适用条件和性质不同，作者就这几种羟基的保护和脱保护进行综述。

用吡啶作溶剂反应机理如下[1]：

1.1 氯乙酰基

一般使用氯乙酰氯进行酯化反应时，如下图所示。该保护基比较活泼, 对羟基的保护几乎没有选择性。

1 酯基保护基

糖化学中用酰基保护情况较多，酰基保护反应操作简单方便，一般以吡啶作溶剂在常温下进行，糖与酸酐或者酰氯反应就能达到目的。一般几种常见的酰基保护基有：氯乙酰基，苯甲酰基，碳酸环酯类。

乙酰基的脱去一般在碱性条件下进行[2], 最常用的是NH3/CH3OH的氨解和甲醇阴离子催化的甲醇解 (如NaOCH3/CH3OH体系)的方法 1.2 苯甲酰基

苯甲酰基仅与糖的伯羟基进行酯化反应。只用苯甲酰氯，在低温、低摩尔比条件下可以进行选择性酯化反应。如甲基-α-D-吡喃糖苷和苯甲酰氯按1:3的摩尔比，吡啶做溶剂，在-40℃下进行酯化反

应，由于4号C的位阻较大，其不能被酰化，反应如图所示。

1.3 碳酸环酯

碳酸环酯优点在于对酸性试剂稳定, 所以可承受强酸性溶液中水解除去异丙叉保护基的条件。碳酸环酯化试剂主要有: 光气/吡啶、氯甲酸酯/氢氧化钠水溶液、氯甲酸对硝基苯酯/吡啶、碳酸二乙酯或二苯酯/碳酸氢钠等。

碳酸环酯对Br2、Ph(AcO)4、HB\\AcOH等稳定, 但是对弱碱水解条件敏感, 可在碱性条件下水解除去碳酸环酯。

2 醚类保护基

醚类保护基种类多，其特点是保护后官能团比较稳定，在酸性和碱性环境下基本不受影响。常用的醚类保护基有硅烷基醚、苄基醚、烯丙基醚等。 2.1 硅烷基醚

硅烷醚是常用的伯羟基保护剂，它的优点是反应条件温和。常用的硅烷醚主要有叔丁基二苯基氯硅基（TBDPS）、叔丁基二甲基氯（TBDPMS）。

任何羟基硅醚的都可以通过四烷基氟化胺如TBAF脱除，其主要原因是硅原子对氟原子的亲和性远远大于硅-氧之间的亲和性。

2.2苄基醚

一般烷基上的羟基在用苄基醚保护时需要用强碱，但酚羟基的苄基醚保护一般只要用碳酸钾在乙腈或丙酮中回流即可。回流情况下，这类烷基化在乙腈中速度比丙酮中要快四倍左右，因此一般用乙腈做溶剂居多。若反应速度慢，可用DMF做溶剂，提高反应温度，或加NaI，KI催化反应。

OTrHOOBnBr, NaHOTrBnOOAcHNOMeAcHNOMe12 苄基醚的裂解主要是通过催化加氢的方法，Pd是理想的催化剂，用Pt时会产生芳环上的氢化作用。在含色氨酸的肽中氢解苏氨酸常导致色氨酸还原成2,3-二氢衍生物。非芳性的胺可以使催化剂活性降低，阻碍O-脱苄；在

氢化体系中加入Na2CO3则可以防止苄基被裂解，但可使双键发生还原。孤立烯烃有可能影响苄基醚键的裂解（H2，5% Pd-C，97%产率）。一般而言选择性的大小取决于取代的类型及空间位阻的情况。与酯共扼的三取代的烯烃存在时，苄基的水解也有相当好的选择性。对甲氧苄基基团存在时，苄基的水解（Pd-C，EtOAc，室温，18小时）有非常好的选择性。在反应体系中加入Pyridine 可使对甲氧苄基和苄基氢解产生区别。苄基的氢解有溶剂的作用，如下列表：

Effect of solvent on the hydrogenlysis of benzyl ether

Solvent Reaction rate(mm H2 / min /0.1g cat)

THF 40 Hexanol 25 Methanol 5 Toluene 2 Hexane 6 CH3AcHNHCH3H2AcHNBnOO10%Pd/C/HHOOAcHNOMeAcHNOMe34

2.3 烯丙基醚

烯丙基类保护基可以避免使用强酸, 条件温和, 是现代糖化学合成中的首选方法。烯丙基醚[3]可以通过 Williamson醚合成法、有机锡法等合成。使用二价铜盐作催化剂时，烯丙基醚化反应具有很好的化学选择性、区域选择性，主要得到单烯丙基化的产物。如与单糖衍生物反应时，一般会得到C 4位羟基被保护、C 6 位羟基游离的产物。

糖中存在对酸敏感的保护基，可在中性条件下用 HgCl2，通过加成、断链等过程或在弱碱性条件下,通过氧化、水解脱除丙烯醇醚。常用的氧化剂有高锰酸钾、四氧化锇、臭氧以及碘等。首先氧化碳碳双键，形成不稳定的中间体，然后水解断链而成。

3 UCP方法

Les P. Miranda和Morten Melda报道了一种单一化学保护理论（UCP）[4]，一个氨基酸聚合物能够连接氨基并保护氨基。每一个氨基都能够被不同聚合度的聚氨基酸独立保护起来。简单的使用埃德曼降解（即从每一个UCP基团中移去N末端的单氨基酸）就能进行脱保护。依赖这种UCP保护基团的聚合度，每一个氨基都能进行表征和控制。我们把这种方法用于低聚糖的羟基保护。为了对糖上羟基进行独立的保护，我们依靠于聚氨基酸衍生物的聚合度来实现，并且和羟基以酯键来连接。然后，采用埃德曼降解移去N末端的聚氨基酸保护基团，合成的低聚糖上的每一个羟基都能使用一种保护基和一种降解方法，然后进行表征分析。

4 缩醛和缩酮类

环缩醛及环缩酮也经常作为糖类化合物保护基，主要是因为它能很好的选择性连接1,2-cis 或者 1,3-cis/trans两个羟基[5]，此类保护基的特点是对酸特别敏感，但是在强碱条件下很稳定。最常用的缩醛、缩酮保护基分别是异亚丙基缩酮及苯亚甲基。苯亚甲基缩醛主要保护甲基吡喃糖苷的4、6位羟基。反应条件是以氯化锌为催化剂，甲基吡喃糖苷和苯甲醛反应，得到 4,6-O-苯亚甲基缩醛基-D-吡喃糖苷，产物为结晶状固体，产物为反式，如果原料是半乳糖则得到顺式产物。

如果糖中存在对酸敏感的保护基，可在中性条件下用 HgCl2，通过加成、断链等过程或在弱碱性条件下，通过氧化、水解脱除丙烯醇醚。常用的氧化剂有高锰酸钾、 四氧化锇、臭氧以及碘等。首先氧化碳碳双键，形成不稳定的中间体，然后水解断链而成。

5 酶类选择性保护基

在糖化学中用酯水解酶来选择性的酯化以及糖酯的选择性水解已经十分常用，其优点是选择性高，反应条件温和，对环境的污染较低。另外，不同的酶选择性也不相同，在实验时一定要选好适合的酶来进行反应。常用的有猪胰脂肪酶PPL、假丝酵母脂肪酶(CCL)[6]、从微生物中得到的假丝酵母脂肪酶等都可以作为选择性酯化酶。

6 结束语

羟基作为糖类化物一个重要的官能团，其保护和脱去在合成中发挥决定性作用，通过本次综述我们了解了各类保护基的特点和方法以及反应条件。但在实际的实验过程中我们发现，有时合成一种物质不可能只使用一种保护基，可能几种混用。所以对保护基的研究还得加大深度。

参考文献

[1] 博飞. 蔗糖四酯的合成及应用研究[D]. 合肥工业大学, 2012.3. [2] 李鹏飞, 吉毅, 颜杰,等. 糖合成中羟基的保护和去保护方法[J].

化学研究, 2005, 16(3):1008-1011.

[3] 刘煜, 卢志云, 邢孔强, 等. 烯丙基保护基在多羟基化合物中的应用 [J]. 化学研究与应用, 2001(21):39-45.

[4] Miranda, L. P,Meldal, M,Angew. Chem., Int. Ed.2001,40, 3655–3657. [5] Clode D M.Carbohydrate Cyclic Acetal Formation and Migration.Chem Rev, 1979, 79; 491-513.

[6] Sweers H M, Won-A C-H.Enzyme-catalyzed regioselective deacylation

of protected sugars in carbohydrate synthesis [J].Am Chem Soc, 1986, 108:6421-6422.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/iyft.html