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烷氧羰基類(lèi)保護(hù)基是最常用的一類(lèi)氨基保護(hù)基團(tuán)，本文簡(jiǎn)單介紹以下幾種常見(jiàn)的烷氧羰基類(lèi)氨基保護(hù)基的保護(hù)與脫保護(hù)方法。這幾種常見(jiàn)的保護(hù)基包括：芐氧羰基（Cbz）、叔丁氧羰基（Boc）、笏甲氧羰基（Fmoc）、烯丙氧羰基（Alloc）、三甲基硅乙氧羰基（Teoc）、2,2,2-三氯乙氧羰基（Troc）。
一、 芐氧羰基（Cbz）保護(hù)基
1.1 芐氧羰基（Cbz）的引入
用Cbz-Cl或Cbz-OSu與游離氨基在三乙胺、吡啶、碳酸氫鈉等堿性條件下可以很容易反應(yīng)得到N-芐氧羰基氨基化合物。Cbz-Cl的反應(yīng)活性高于Cbz-OSu，反應(yīng)通常在二氯甲烷等非質(zhì)子有機(jī)溶劑中進(jìn)行。由于氨基親核性大于羥基，有時(shí)候采用質(zhì)子溶劑未嘗不可。此外，Cbz-ONB（4-O2NC6H4OCOOBn）等活性較弱芐氧羰基活化酯也可用來(lái)作為芐氧羰基的導(dǎo)入試劑，該試劑使伯胺比仲胺更易被保護(hù)，苯胺由于親核性不足，與該試劑不反應(yīng)。
引入保護(hù)基實(shí)例：
1.2 芐氧羰基（Cbz）的脫除
芐氧羰基的脫去主要有以下幾種方法：1）催化氫解；2）強(qiáng)酸解裂解(HBr, TMSI)；3) Na/NH3（液）還原。實(shí)驗(yàn)室常用簡(jiǎn)潔的方法是催化氫解; 當(dāng)分子中存在對(duì)催化氫解敏感(有芐醚、烯烴等)或鈍化催化劑的基團(tuán)(硫醚等)時(shí)，我們就需要采用化學(xué)方法如酸解裂解HBr或Na/NH3（液）還原等。
催化氫解是最為常用，最為溫和的脫保護(hù)方法，一般常溫常壓下氫化即可完成。反應(yīng)的供氫體可以是氫氣、環(huán)己二烯、1，4-環(huán)己二烯、甲酸銨和甲酸等，以后面四個(gè)試劑為供氫體的反應(yīng)又叫催化轉(zhuǎn)氫反應(yīng)。如果在Boc2O存在下用Pd/C進(jìn)行氫化，則釋放出的胺直接轉(zhuǎn)變成Boc衍生物。而且這類(lèi)反應(yīng)往往要比不加Boc2O來(lái)的快，其主要由于氫解出來(lái)的胺往往會(huì)與貴金屬催化劑有一定的絡(luò)合，使催化劑的活性降低。和Boc2O反應(yīng)為酰胺后則去除了這一效果。另外有時(shí)在氫解時(shí)加入適當(dāng)?shù)乃峥梢源龠M(jìn)反應(yīng)也是一樣的道理，質(zhì)子化的胺可以避免與催化劑的絡(luò)合，從而加快反應(yīng)的速率。
催化氫化的催化劑主要用5-10%的鈀-碳、10-20%的氫氧化鈀-碳或鈀-聚乙烯亞胺，鈀-聚乙烯亞胺/甲酸對(duì)于除去Cbz要比前兩者要好。另外當(dāng)分子中有鹵原子(Cl, Br, I)存在時(shí)，一般直接用Pd/C會(huì)造成脫鹵的發(fā)生，一般這種情況下，使用PdCl2為催化劑，乙酸乙酯或二氯甲烷為溶劑可較好的避免脫鹵的發(fā)生。
此外，當(dāng)HBr/HOAc脫去Cbz保護(hù)基時(shí)，分解會(huì)產(chǎn)生芐基的碳正離子。若分子中有捕捉碳正離子的基團(tuán)（活化的苯環(huán)等）時(shí)，將得到相應(yīng)的副產(chǎn)物。
脫保護(hù)實(shí)例：
鹵代物存在下PdCl2的催化脫保護(hù)
To a solution ocompound 1(900 mg) in methylene chloride (16.5 ml) was added PdCl2 (30mg) and triethylamine (0.229 ml). Triethyl silane was added (2 x 0.395 ml) over2 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 with 3-5% MeOH/CH2Cl2 with 0.5% NH4OH to provide compound 2 as an oil (501mg, 74%)。
二、 叔丁氧羰基（Boc）保護(hù)基
除Cbz保護(hù)基外，叔丁氧羰基（Boc）也是目前多肽合成中廣為采用的氨基保護(hù)基，特別是在固相合成中，氨基的保護(hù)多用Boc而不用Cbz。Boc具有以下的優(yōu)點(diǎn)：易于酸解除去，但在酸性較弱時(shí)又具有穩(wěn)定性；酸解時(shí)產(chǎn)生的是叔丁基陽(yáng)離子再分解為異丁烯，它一般不會(huì)帶來(lái)副反應(yīng)；對(duì)堿水解、肼解和許多親核試劑穩(wěn)定；Boc對(duì)催化氫解穩(wěn)定，但比Cbz對(duì)酸要敏感得多。當(dāng)Boc和Cbz同時(shí)存在時(shí)，可以用催化氫解脫去Cbz，Boc保持不變，或用酸解脫去Boc而Cbz不受影響，因而兩者能很好地搭配使用。
2.1 叔丁氧羰基（Boc）的引入
游離氨基在用NaOH 或NaHCO3 控制的堿性條件下用二氧六環(huán)和水的混合溶劑中很容易與Boc2O反應(yīng)得到Boc保護(hù)的胺。這是引入Boc常用方法之一，它的優(yōu)點(diǎn)是副產(chǎn)物無(wú)干擾,并容易除去。有時(shí)對(duì)一些親核性較大的胺，一般可在甲醇中和Boc酸酐直接反應(yīng)即可，無(wú)須其他的堿，其處理也方便。對(duì)水較為敏感的氨基衍生物，采用Boc2O/TEA/MeOH or DMF 在40-50℃下進(jìn)行較好。有活性較弱的氨基而言，可以加入DMAP催化加快反應(yīng)速率。
引入保護(hù)基實(shí)例：
2.2 叔丁氧羰基（Boc）的脫除
Boc比Cbz對(duì)酸敏感，酸解產(chǎn)物為異丁烯和CO2（見(jiàn)下式）。在液相肽的合成中，Boc的脫除一般可用TFA或50%TFA（TFA:CH2Cl2 = 1:1,v/v）。在Boc脫去過(guò)程中，用稀一些的10－20％TFA時(shí)，TBDPS和TBDMS基相對(duì)是穩(wěn)定的。另外，中性條件如：TBSOTf/2.6-lutidine 的組合或ZnBr2/CH2Cl2也可對(duì)BOC很好的脫除，并使得一些酸敏感的官能團(tuán)也可以保留。雖然BOC大多數(shù)是在酸性條件下脫除，但是對(duì)于堿性較弱的氨基上的BOC，也可以在堿性條件下脫除。
當(dāng)分子中存在一些官能團(tuán)其可與副產(chǎn)物叔丁基碳正離子在酸性下反應(yīng)時(shí)，需要添加硫酚(如苯硫酚)來(lái)清除叔丁基碳正離子，此舉可防止硫醇(醚,酚)(如蛋氨酸,色氨酸等)和其他富電子芳環(huán)(吲哚,噻吩,吡唑,呋喃多酚羥基取代苯等等)脫Boc時(shí)的烷基化。也可使用其它的清除劑，如苯甲醚、苯硫基甲醚、甲苯硫酚、甲苯酚及二甲硫醚。
脫保護(hù)實(shí)例：
三、 笏甲氧羰基（Fmoc）保護(hù)基
Fmoc保護(hù)基的一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)是它對(duì)酸極其穩(wěn)定，在它的存在下，Boc和芐基可去保護(hù)。Fmoc脫除保護(hù)后，胺以游離堿的形式釋出。一般而言Fmoc對(duì)氫化穩(wěn)定，但某些情況下，它可用H2/Pd-C在AcOH和MeOH仲脫去。本公司前面的推文中專(zhuān)門(mén)詳細(xì)講述了Fmoc保護(hù)基的引入與脫除，有興趣的朋友可以再參見(jiàn)前面的推文。
3.1 笏甲氧羰基（Fmoc）的引入
Fmoc-Cl與Fmoc-OSu在吡啶或NaHCO3等弱堿條件下同氨基反應(yīng)則可得到Fmoc保護(hù)的氨基。 (一定不能用三乙胺等堿性較強(qiáng)的堿！)。用Fmoc-OSu活性略低于Fmoc-Cl反應(yīng)產(chǎn)生的雜質(zhì)通常的更少，一般更傾向于用Fmoc-OSu上Fmoc。
引入保護(hù)基實(shí)例：
3.2 笏甲氧羰基（Fmoc）的脫除
Fmoc保護(hù)基一般能用濃氨水、哌啶、乙二胺、環(huán)己胺、嗎啡啉、DBU、Bu4N+F-/DMF等多種堿性條件脫去。叔胺（如三乙胺）的脫去效果較差，空間位阻更大的胺（如DIEA）脫除效果更差。
四、烯丙氧羰基（Alloc）保護(hù)基
同前面提到的Cbz、Boc和Fmoc不同，Alloc對(duì)酸、堿等都很穩(wěn)定，在它的存在下，Cbz、Boc和Fmoc等可選擇性去保護(hù)，而Alloc的脫去則通常在Pd(0)的存在下進(jìn)行。
4.1 烯丙氧羰基（Alloc）保護(hù)基的引入
通常，Alloc-Cl或Alloc-OSu在有機(jī)溶劑/Na2CO3、NaHCO3溶液或吡啶中同氨基化合物反應(yīng)則可得到Alloc保護(hù)的氨基衍生物。
引入保護(hù)基實(shí)例：
4.2 烯丙氧羰基（Alloc）保護(hù)基的脫除
Alloc保護(hù)基對(duì)酸、堿等都有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，它們通常只用Pd(0)，如Pd(PPh3)4或Pd(PPh3)2Cl2存在的條件去保護(hù)。在Pd(0)催化下，生成π-烯丙基鈀中間體，其與親核試劑（如嗎啉或1,3-二酮）反應(yīng)后脫除保護(hù)基。例如，Alloc衍生物用Pd(PPh3)4/Me2NTMS處理，可以得到易水解的氨基甲酸TMS酯 [Tetrahedron Lett., 1992, 33,477]。當(dāng)加入Boc2O、AcCl、TsCl、或丁二酸酐時(shí)，Pd(PPh3)2Cl2/Bu3SnH可將Alloc基轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌陌费苌?。另外，Alloc也可在Pd(PPh3)4/HCOOH/TEA[J.Med. Chem., 1992, 35, 2781]或AcOH/NMO催化脫去[J.Org. Chem., 1996, 61, 3983]。
脫除保護(hù)基實(shí)例：
To a solution of the Alloc protected ester (140.7 mg) and 1,3-dimethylbarbituric acid (228 mg) in THF (15 mL) was added tetrakis(triphenylphosphine)palladium (43.9 mg, 17 mol%), and the resulting mixture was stirred at rt for 27 h. The mixture was then poured into saturated aq. NaHCO3and extracted four times with Et2O. The combined extract was dried (MgSO4)and concentrated in vacuo. The residue was purified by chromatography (CHCl3/MeOH, 20 : 1 to 2 : 1) to give the corresponding free amino ester as a colorless oil (79.5 mg, 65%). [ Chem. Soc. Perkin Trans. 1., 2004, 7, 949]
To a solution of 112 (0.97 g,1.4 mmol) in CH2Cl2 (19 mL) were added dimethylamino- trimethylsilane (1.32 mL, 8.4 mol) and trimethylsilyl trifluoroacetate (1.45 mL, 8.4 mmol). The solution was stirred at 20 °C for 10 min, and then Pd(PPh3)4(97 mg, 0.084mmol) was added and stirring was continued for 2.5 h. The mixture was evaporated and the residual oil was dissolved in EtOAc (50 mL). The solution was washed with 10% aq NaHCO3 and brine, dried, and evaporated. The residue was chromatographed (SiO2; EtOAc/hexane 1:2)to give 113 (0.67 g, 78%). [J. Med. Chem., 1992, 47(6), 1487].
五、三甲基硅乙氧羰基（Teoc）保護(hù)基
三甲基硅乙氧羰基(Teoc)同前面提到的Cbz、Boc, Fmoc 和Alloc不同，它對(duì)酸、大部分堿，及貴金屬催化等都很穩(wěn)定，在它的存在下，Cbz、Boc，F(xiàn)moc和Alloc等可選擇性去保護(hù)，而它的脫去則通常在氟負(fù)離子進(jìn)行。如TBAF、TEAF和HF等。
5.1 三甲基硅乙氧羰基（Teoc）的引入
一般情況下，Teoc-Cl、Teoc-OSu、Teoc-OBt、Teoc-Nt在有機(jī)溶劑，堿的存在下同氨基化合物反應(yīng)則可得到Teoc保護(hù)的氨基衍生物。袖岡試劑（Teoc-NT）上保護(hù)后生成的副產(chǎn)物硝基三唑由于不溶于溶劑，可以通過(guò)簡(jiǎn)單過(guò)濾即可除去
引入保護(hù)基實(shí)例：
5.2 三甲基硅乙氧羰基（Teoc）的脫除
三甲基硅乙氧羰基(Teoc)脫除主要通過(guò)氟離子與三甲硅烷反應(yīng)后發(fā)生β消除脫保護(hù)。氟試劑包括TBAF(四丁基氟化胺)，TEAF (四乙基氟化胺)或TMAF(四甲基氟化胺)。在脫除過(guò)程中，TBAF將產(chǎn)生四丁基胺鹽的副產(chǎn)物，常常不易除去，往往影響產(chǎn)品的質(zhì)量，此時(shí)可用TMAF或TEAF來(lái)代替。
脫保護(hù)實(shí)例：
六、2,2,2-三氯乙氧羰基（Troc）保護(hù)基
6.1 2,2,2-三氯乙氧羰基（Troc）保護(hù)基的引入
一般情況下，Troc-Cl、Troc-OSu在有機(jī)溶劑，堿的存在下同氨基化合物反應(yīng)則可得到Teoc保護(hù)的氨基衍生物.
6.2 2,2,2-三氯乙氧羰基（Troc）保護(hù)基的脫除
脫保護(hù)通常在鋅-醋酸的單電子還原條件下進(jìn)行，副產(chǎn)物為揮發(fā)性1,1-二氯乙烯和二氧化碳。在此條件下，Boc、Fmoc、Cbz、Teoc等很多基團(tuán)都是穩(wěn)定的。
脫保護(hù)實(shí)例
烷氧羰基類(lèi)保護(hù)基還有很多，本文不再逐一介紹。選擇一種保護(hù)基時(shí)，必須仔細(xì)考慮到所有的反應(yīng)物，反應(yīng)條件及所設(shè)計(jì)的反應(yīng)過(guò)程中會(huì)涉及的底物中的官能團(tuán)。盡量選擇最容易上和脫的保護(hù)基，當(dāng)幾個(gè)保護(hù)基需要同時(shí)被除去時(shí)，用相同的保護(hù)基來(lái)保護(hù)不同的官能團(tuán)是非常有效。要選擇性去除保護(hù)基時(shí)，就只能采用不同種類(lèi)的保護(hù)基。此外，還要從電子和立體的因素去考慮對(duì)保護(hù)的生成和去除速率的選擇性。氨基的保護(hù)與脫保護(hù)總歸是不得已而為之的策略，如果可以設(shè)計(jì)新的路線或者利用前體官能團(tuán)避免保護(hù)基的使用，則不失為一種更好的方法。
昊帆生物股份有限公司致力于多肽合成劑的研發(fā)和生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)展和積累，本公司提供各類(lèi)氨基保護(hù)試劑、多肽縮合試劑、非天然氨基酸等相關(guān)產(chǎn)品，歡迎有需求的朋友來(lái)電垂詢！
