硅醚是最常見的保護羥基的方法之一。隨著硅原子上的取代基的不同,保護和去保護的反應活性均有較大的變化。當分子中有多官能團時,空間效應及電子效應是影響反應的主要因素。在進行選擇性去保護反應時,硅原子周圍的空間效應,以及被保護分子的結構環境均需考慮。例如,一般情況下,在TBDMS基團存在時,斷裂DEIPS( 二乙基異丙基硅基) 基團是較容易的,但實際得出的一些結果是相反的。在這些例子中,分子結構中空間阻礙是產生相反選擇性的原因。電子效應的不同也會影響反應的選擇性。對于兩種空間結構相似的醇來說,電子云密度不同造成酸催化去保護速率不同,因此可以選擇性去保護。這一點對酚基和烷基硅醚特別有效:烷基硅醚在酸中容易去保護,而酚基醚在堿性條件下更容易去保護。降低硅的堿性還可以用于改變Lewis酸催化反應的結果,并且有助于選擇性去保護。在硅原子上引入吸電子取代基可以提高堿性條下水解反應的靈敏性,而對酸的敏感性降低。對大多數醚來說,在酸中的穩定性為TMS(1)<TES (64)<TBDMS (20,000)<TIPS (700,000)<TBDPS (5,000,000);在堿中穩定性為TMS (1)<TES (10-100)<TBDMS~TBDPS (20,000)< TIPS (100,000)。一般而言,對于沒有什么位阻的伯醇和仲醇,盡量不要選用TMS作為保護基團,因為得到的產物一般在硅膠這樣弱的酸性條件下也會被裂解掉。
任何羥基硅醚的都可以通過四烷基氟化胺如TBAF脫除,其主要硅原子對氟原子的親和性遠遠大于硅-氧之間的親和性。在用TBAF裂解硅醚后,分解產生的四丁銨離子有時通過柱層析或HPLC很難除干凈,而季銨鹽的質譜豐度(Bu4N+: 242)又特別的強有時會干擾質譜,因此這時需要使用四甲基氟化銨或四乙基氟化銨來脫除。
使用硅醚保護的另一個好處是可以在分子中游離伯胺或仲胺基的存在下,對羥基進行保護,其主要由于硅-氮鍵的結合遠比硅-氧鍵來的弱,硅原子優先與羥基上的氧原子結合,這正是與其他保護基不同之處。順便提一句,一般而言,決大部分的硅-氮鍵的結合是不穩定的,其很容易被水解掉。
1 三甲基硅醚的保護(TMS-OR)
許多硅基化試劑均可用于在各種醇中引入三甲基硅基。一般來說,空間位阻較小的醇最容易硅基化,但同時在酸或堿中也非常不穩定易水解,三甲基硅基化廣泛用于多官能團化合物,生成的衍生物具有較高的揮發度而利于其相色譜和質譜分析。
1.1 三甲基硅醚羥基保護示例 (J. Org.Chem. 1996, 61, 2065)
將化合物1(3.00g,4.286mmol)溶解于干燥的DMF(17ml)中。將咪唑(874.3mg,12.86mmol)和TMSCl(1.63ml,12.86mmol)加入到0℃的溶液中。在0℃下攪拌1.5小時后,用EtOAc(300毫升)稀釋反應混合物,用水(3'20毫升)沖洗,然后用鹽水(30毫升)沖洗。有機層在真空中干燥濃縮。然后將所得材料溶解于干燥的DMF(20 mL)中,在0℃下用咪唑(816 mg,12.00 mmol)處理,然后用氯二甲基硅烷(1.135g,12.00 mmol)處理。將反應混合物在0℃下攪拌1小時,然后用乙醇酸(200毫升)稀釋。用水和鹽水沖洗有機層。經硅膠層析(10%乙酸乙酯為正己烷),得到3.197g(90%)的期望產物2。
Cleavage (J. Org.Chem.1996, 61, 2065)
水解在無水四丁基氟化銨inTHF溶液中進行.
2 t-Butyldimethylsilyl ether(TBDMS-OR)
在化學合成中,采用硅基化進行羥基保護生成叔丁基甲基硅基醚是應用較多的方法之一。一般來說,在分子中羥基位阻不大時主要通過TBSCl對羥基進行保護。 但當羥基位阻較大時則采用較強的硅醚化試劑TBSOTf來實現。生成的叔丁基二甲基醚在多種有機反應中是相當穩定的,在一定條件下去保護時一般不會影響其他官能團。它在堿性水解時的穩定性約為三甲基硅醚的104倍。它對堿穩定。相對來說對酸敏感些。TBS醚的生成和斷裂的難易取決于空間因素,因此常常用于對多官能團,位阻不同的分子進行選擇性保護。在伯、仲醇中,TBS基相對來說較易于與伯醇反應。TBS醚的斷裂除了常用的四烷基氟化胺外,許多情況下也可用酸來斷。當分子內沒有對強酸敏感的官能基存在時,可用HCl-MeOH, HCl-Dioxane體系去除TBS,若有對強酸敏感的官能基存在時,則可選用AcOH-THF體系去除。
2.1 通過TBSCl進行羥基的叔丁基二甲基硅醚保護示例 (J. Am. Chem. Soc.1972, 94, 6190)

羥基內酯1在35℃的DMF(2 mL/g的1)中用TBDMSCl(1.2當量)和咪唑(2.5當量)處理10 h后,以96%的產率生成硅醚內酯2。
2.2 通過TBSOTf進行羥基的叔丁基二甲基硅醚保護示例(J.Org.Chem. 1987, 52, 622)

向4.8 g of吡啶(2.0當量)和4.20 g 1/30 mL干乙腈的冰冷溶液中緩慢添加9.6 g三氟叔丁基二甲基硅(36.2 mmol,1.2當量)。將反應混合物在室溫下攪拌5小時,然后在0℃下倒入200毫升飽和碳酸氫鈉溶液中。用正己烷徹底萃取溶液,用無水碳酸鉀干燥有機提取物并過濾,減壓去除溶劑,然后蒸餾殘渣,得到6.29 g(82%產率)。
2.3通過TBAF脫TBDPS示例 (Can. J. Chem.1975, 53, 2975)

向THF(10 mL)中的THP乙醚1(1.7,3.3.mmol)溶液中添加1 M.M THF(5-mmol)22-24-24中的四乙烯基銨。將溶液攪拌2,并用100 mL(1)Et2O/EtOAc溶液稀釋。將有機層分離并用H2O(3(100毫升)洗滌。將水用2:1的Et2O/OAc溶液(2%50ml)洗滌,將有機層結合并干燥Mg4 SO4,溶劑在uo中蒸發,殘渣為葡萄皮。
2.4通過AcOH-THF脫TBS示例(Tetrahedron Lett. 1988, 29, 6331)

在13:7:3(30°C,15h)條件下,以79%的產率得到單羥基化合物2。1的TBDMS基團的e通過乙酸-水THF(選擇性去除)處理完
3 t-Butyldiphenylsilyl ether(TBDPS-OR)
在酸性水解條件下TBDPS保護基比TBDMS更加穩定(約100倍),而TBDPS保護基對堿的穩定性比TBDMS要差。另外,由于該保護基的分子量較大,容易使底物固化而易于分離。 TBDPS保護基對許多與TBDMS保護基不相容的試劑顯出比TBDMS基團更好的穩定性。TBDMS基團在酸性條件下不易遷移。TBDPS醚對K2CO3 /CH3OH,對9M氨水、60℃、2h;對MeONa(cat.)/CH3OH、25℃、24h均穩定。該醚對80%乙酸穩定,后者可用于脫除醚中TBDMS,三苯甲基,四氫吡喃保護基也對HBr /AcOH,12℃,2min;對25%~75%甲酸,25℃,2h~6h;以及50%三氟乙酸,25℃,15min穩定。
3.1通過TBDPSCl進行羥基的叔丁基二甲基硅醚保護示例(J.Org. Chem, 1992,57, 1722)

向1,4-丁二醇(5 g,55 mmol)和含有i-Pr2NEt(10 mL)的CH2Cl2(10 mL)的溶液中,在22-24℃的N2下逐滴添加t-BDPSiCl(5 mL,18 mmol)。將溶液在22-24℃攪拌2小時,在真空中濃縮并色譜,用己烷/乙酸乙酯(10:1)洗脫至2(清油,5.6 g,95%)。
4三異丙基硅醚保護 (TIPS-OR)
酸性水解時,有較大體積的TIPS醚比叔丁基二甲基硅醚要更穩定些。但穩定性比叔丁基二苯基硅基差。TIPS基堿性水解時比TBDMS基或TBDPS基穩定。相對于仲羥基,TIPS基對伯羥基有更好的選擇性。
2.4.1通過TIPSCl進行羥基的三異丙基硅醚保護示例(J. Org. Chem. 1995, 60, 7796)
向冷卻至0℃的CH2Cl2(53 mL)中的攪拌溶液(1)(1.5 g)中依次添加2,6-蘆?。?.2 mL,53.3 mmol)和三異丙基三氟硅(7.90 mL,29.5mmol)。將混合物加熱至室溫(30分鐘)。然后加入甲醇(10毫升)和飽和水溶液(60毫升)消耗過量的三氟。分離相并用CH2Cl2(4’50 Ml)提取水層。用飽和NaHCO3(100毫升)a、1M NaHSO4(3'50毫升)和鹽水(50毫升)洗滌組合的有機相,在Na2SO4上干燥、過濾和濃縮。閃蒸層析法純化(10%乙酸乙酯,正己烷)得到硅醚(2)(6.90 g,89%)。
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