醛、 酮 的 保 护基 相 对 种 类 比 较 少， 常 见 的 有 O,O-acetal 和 S,S-acetal，以 及 O,S-acetal 等。 原 因 之 一 是 由 于 它 们 已 经 可 以 经 受 较 宽 的 反应 条 件， 能 够 满 足 大 多 数 的 情 况。 众 所 周 知， 羰 基 化 合 物 的 主 要 反 应 特 点 是 羰 基 可 以 接 受 亲 核 试剂 的 进 攻。 因 此， 醛 和 酮 如 要 经 历 若 干 步 反 应， 往 往 会 遇 到 使 用 保 护 基 的 问 题。 过 去， 化 学 家 对 于缩 醛 (acetal) 和 缩 酮 (ketal) 有 较 为 严 格 的 区 分， 现 在 IUPAC (Rule 331.1) 规 定 使 用 acetal 来 代表 所 有 的 1,1-bis-ethers， 不 管 其 源 于 醛 还 是 酮。
1. O,O-Acetals
化 学 性 质 O,O-acetal 在 通 常 条 件 下 是 比 较 稳 定 的，但 是 某 些 Lewis 酸 还 是 会 与 之 作 用， 并 破 坏 它 的 基 本 结 构。 Zn++ 和 Mg++ 可 以与 环 状 缩 醛 或 缩 酮 发 生 螯 合； 但 是 与 氧 原 子 作 用 力 更 强 的 Lewis 酸，如 AlX3 , TiX2 , BX3以 及 R3SiX 可 以 活 化 它 并 使 之 发 生 某 些 反 应。典 型 的 例 子 如 Grignard 试 剂在 强 Lewis 酸 的 帮 助 下 可 以 取 代 缩 醛 中 的 一个 氧 原 子。O,O-acetal 对 于 金 属 氢 化 物 的 还 原 反 应、 有 机 锂 试 剂、 碱的 水 溶 液 或 醇 溶 液、 催 化 氢 化 (不 包 括 苄 叉 类)、锂 氨 还 原 等 条 件 是 稳 定 的。 在 大 多 数 非 酸 性 条 件 下 的 氧 化 反 应 也 是 可 以 承 受 的， 但 是 臭 氧 化 反应1可 以 使 1,3-dioxane 结 构 发 生 变 化， 氧 化 为 酯 (如 下 图)。 类 似 这样 的 情 况 还 有 金 属 Ru 催 化 下 的 氧 化 反 应。
O, O-acetal 保 护 基 的 制 备
通 常, 由 醛 制 备 O,O-acetal较 酮 容 易; 环 状 的 O,O-acetal 又比 非 环 acetal 容 易 形 成; 位 阻 较 大 的羰 基 化 合 物 形 成 acetal 的 反 应 相 当 慢; 对于 芳 香 醛 酮, 芳 基 上 的 吸 电 子 基 团 比 给 电 子 基 团 更 有 利 于 acetal 的 形 成. 1,3-Dioxalane 和 1,3-Dioxane 是 最 常 见 的 环 状 缩 醛 (酮), 通 常 分 别 由1,2- 乙 二 醇 和 1,3- 丙 二 醇 在 酸 催 化 下 与 醛 酮 反 应 而 得.2,3 反 应 中 去 水 处 理 过 程 有 利 于 反 应 正 方 向 发 展. 常用 的 酸 催 化 剂 有 pTsOH, CSA, PPTs 或 酸 性 离 子 交 换 树 脂 等.
另 外, TMSCl 是 一 个 很 好 的 试 剂, 它 在 反 应 中 即 是催 化 剂, 又 是 脱 水 试 剂, 如:4
对 于 一 些 对 酸 敏 感 的底 物, 可 以 采 用 乙 二 醇 双 TMS 醚 (TMSOCH2CH2OTMS) 作 保 护 试 剂, 这 时 生 成 的 反 应 副 产 物 为 (TMS)2O, 而不 是 水, 如:5
缩 醛 (酮) 的 交 换 反 应 是 另 外 一 种 制 备 方 法,6 一 般 需 要 酸 催 化 协 助 完 成 此 过 程:
从 上 一 例 子 可 以 发 现, 共 轭的 羰 基 相 对 反 应 性 要 弱 一 些, 下 面 的 一 个 例 子7更 可 以 说 明 这 一 点, 即 共 轭 状 态 的 醛 基 比 酮 反 应 还 慢.
这 儿, 我 们 还 必 须 注 意 一 个 现 象, 共 轭 醛 酮 在 保 护 之 后, 有 时 双 键 的 位 置 会 发生 转 移, 这 跟 催 化 剂 的 酸 性 密 切 相 关.8
缩 醛 (酮) 的 制 备 还 可 以 通 过 过 渡 金 属 催 化 剂 实 现, 条 件 也 比 较 温 和.9
O, O-acetal 保 护 基 的 除 去
酸 催 化 水 解 反 应 是 最 为 常 见 的 办 法. 通常 酮 的 1,3-dioxane 保 护 形 式 比 醛 的1,3-dioxolane 保 护 形 式 水 解 速 度 要 快 些; 同 时 醛 的 1,3-dioxolane 又 比 醛 的 1,3-dioxane 水 解速 度 快. 对 于 底 物 中 存 在 碱 性 N 原 子 的情 况, 水 解 反 应 速 度 相 对 要 慢 一 些, 因为 酸 首 先 与 N 原 子 发 生 作 用, 因 此 需 要较 强 的 酸 性 物 质 作 为 催 化 剂.10
由 于 PPTS 酸 性 较 弱, 因 此 在 此 类 除 去 保 护 基 的 反应 中 应 用 很 多, 例 如 合 成1,25-Dihydroxycholecalciferol.11
同 样, Lewis 酸 可 以 在 温 和 条 件 下 除 去 acetals. 下 例 中 由 于 产 物 是 b- 羟 基 酮, 使 用 酸 性 条 件 极 易 发 生 消 除 反 应; 将 底 物 的丙 酮 溶 液 经 催 化 量 PdCl2(MeCN)2 处 理, 可 以 高 产 率 地 获 得 产 物:12
以 上 我 们 提 及 的 都是 环 状 O,O-acetals 的 反 应, 非 环 状 O,O-acetals 非 常 类 似, 但 水 解 反 应 更 加 容易 一 些. 然 而 由 于 它 们 的 性 质 较 不 稳 定, 给制 备 和 层 析 都 带 来 一 些 困 难, 局 限 了 它 们 的 一 些 应 用. 有 时, 为 了 达 到 一 定 的 选 择 性, 它 们 也 被 用 于 合 成 中. 与 环 状 化 合 物 相 比 较, 其 制 备 和 合 成 均 相 似, 故 不 再 细 述.
参考文献
1. Cohen, N., Banner, B. L., Lopresti, R. J., Wong, F.,Rosenberger, M., Liu, Y.-Y., Thom, E., Liebman, A. A. J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 3661.
2. Okawara, H., Nakai, H., Ohno, M. Tetrahedron Lett. 1982, 23, 1087.
3. Crimmins, M. T., DeLoach, J. A. J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 800.
4. Chan, T. H., Schwerdtfeger, A. E. J. Org. Chem. 1991, 56, 3294.
5. Rubin, Y., Knobler, C. B., Diederich, F. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 1607.
6. McMurry, J. E., Isser, S. J. J. Am. Chem. Soc. 1972, 94, 7132.
7. Hwu, J. R., Leu, L.-C., Robl, J. A., Anderson, D. A.,Wetzel, J. M. J. Org. Chem. 1987, 52, 188.
8. De Leeuw, J. W., De Waard, E. R., Beetz, T., Huisman, H. O. Recl Trav. Chim. Pays-Bas 1973, 92, 1047.
9. Ott, J., Ramos Tombo, G. M., Schmid, B., Venanzi, L. M.,Wang, G., Ward, T. R. Tetrahedron Lett. 1989, 30, 6151.
10. Dodd, D. S., Oehlschlager, A. C., Georgopapadakou, N. H.,Polak, A.-M., Hartman, P. G. J. Org.Chem. 1992, 57, 7226.
11. Kabat, M., Kiegiel, J., Cohen, N., Toth, K., Wovkulich, P.M., Uskokovic, M. R. Tetrahedron Lett. 1991, 32, 2343.
12. Anthony, N. J., Clarke, T., Jones, A. B., Ley, S. V. Tetrahedron Lett. 1987, 28, 5755.
本文节选自：现 代 有 机 合 成 化 学（选 择 性 有 机 合 成 反 应 和 复 杂 有 机 分 子 合 成设 计），吴 毓 林，姚 祝 军，P 39-42.
版权归原作者所有，本文内容只可用于交流学习，不得用于商业用途。
