醛、 酮 的 保 護(hù)基 相 對(duì) 種 類 比 較 少， 常 見(jiàn) 的 有 O,O-acetal 和 S,S-acetal，以 及 O,S-acetal 等。 原 因 之 一 是 由 于 它 們 已 經(jīng) 可 以 經(jīng) 受 較 寬 的 反應(yīng) 條 件， 能 夠 滿 足 大 多 數(shù) 的 情 況。 眾 所 周 知， 羰 基 化 合 物 的 主 要 反 應(yīng) 特 點(diǎn) 是 羰 基 可 以 接 受 親 核 試劑 的 進(jìn) 攻。 因 此， 醛 和 酮 如 要 經(jīng) 歷 若 干 步 反 應(yīng)， 往 往 會(huì) 遇 到 使 用 保 護(hù) 基 的 問(wèn) 題。 過(guò) 去， 化 學(xué) 家 對(duì) 于縮 醛 (acetal) 和 縮 酮 (ketal) 有 較 為 嚴(yán) 格 的 區(qū) 分， 現(xiàn) 在 IUPAC (Rule 331.1) 規(guī) 定 使 用 acetal 來(lái) 代表 所 有 的 1,1-bis-ethers， 不 管 其 源 于 醛 還 是 酮。
1. O,O-Acetals
化 學(xué) 性 質(zhì) O,O-acetal 在 通 常 條 件 下 是 比 較 穩(wěn) 定 的，但 是 某 些 Lewis 酸 還 是 會(huì) 與 之 作 用， 并 破 壞 它 的 基 本 結(jié) 構(gòu)。 Zn++ 和 Mg++ 可 以與 環(huán) 狀 縮 醛 或 縮 酮 發(fā) 生 螯 合； 但 是 與 氧 原 子 作 用 力 更 強(qiáng) 的 Lewis 酸，如 AlX3 , TiX2 , BX3以 及 R3SiX 可 以 活 化 它 并 使 之 發(fā) 生 某 些 反 應(yīng)。典 型 的 例 子 如 Grignard 試 劑在 強(qiáng) Lewis 酸 的 幫 助 下 可 以 取 代 縮 醛 中 的 一個(gè) 氧 原 子。O,O-acetal 對(duì) 于 金 屬 氫 化 物 的 還 原 反 應(yīng)、 有 機(jī) 鋰 試 劑、 堿的 水 溶 液 或 醇 溶 液、 催 化 氫 化 (不 包 括 芐 叉 類)、鋰 氨 還 原 等 條 件 是 穩(wěn) 定 的。 在 大 多 數(shù) 非 酸 性 條 件 下 的 氧 化 反 應(yīng) 也 是 可 以 承 受 的， 但 是 臭 氧 化 反應(yīng)1可 以 使 1,3-dioxane 結(jié) 構(gòu) 發(fā) 生 變 化， 氧 化 為 酯 (如 下 圖)。 類 似 這樣 的 情 況 還 有 金 屬 Ru 催 化 下 的 氧 化 反 應(yīng)。
O, O-acetal 保 護(hù) 基 的 制 備
通 常, 由 醛 制 備 O,O-acetal較 酮 容 易; 環(huán) 狀 的 O,O-acetal 又比 非 環(huán) acetal 容 易 形 成; 位 阻 較 大 的羰 基 化 合 物 形 成 acetal 的 反 應(yīng) 相 當(dāng) 慢; 對(duì)于 芳 香 醛 酮, 芳 基 上 的 吸 電 子 基 團(tuán) 比 給 電 子 基 團(tuán) 更 有 利 于 acetal 的 形 成. 1,3-Dioxalane 和 1,3-Dioxane 是 最 常 見(jiàn) 的 環(huán) 狀 縮 醛 (酮), 通 常 分 別 由1,2- 乙 二 醇 和 1,3- 丙 二 醇 在 酸 催 化 下 與 醛 酮 反 應(yīng) 而 得.2,3 反 應(yīng) 中 去 水 處 理 過(guò) 程 有 利 于 反 應(yīng) 正 方 向 發(fā) 展. 常用 的 酸 催 化 劑 有 pTsOH, CSA, PPTs 或 酸 性 離 子 交 換 樹(shù) 脂 等.
另 外, TMSCl 是 一 個(gè) 很 好 的 試 劑, 它 在 反 應(yīng) 中 即 是催 化 劑, 又 是 脫 水 試 劑, 如:4
對(duì) 于 一 些 對(duì) 酸 敏 感 的底 物, 可 以 采 用 乙 二 醇 雙 TMS 醚 (TMSOCH2CH2OTMS) 作 保 護(hù) 試 劑, 這 時(shí) 生 成 的 反 應(yīng) 副 產(chǎn) 物 為 (TMS)2O, 而不 是 水, 如:5
縮 醛 (酮) 的 交 換 反 應(yīng) 是 另 外 一 種 制 備 方 法,6 一 般 需 要 酸 催 化 協(xié) 助 完 成 此 過(guò) 程:
從 上 一 例 子 可 以 發(fā) 現(xiàn), 共 軛的 羰 基 相 對(duì) 反 應(yīng) 性 要 弱 一 些, 下 面 的 一 個(gè) 例 子7更 可 以 說(shuō) 明 這 一 點(diǎn), 即 共 軛 狀 態(tài) 的 醛 基 比 酮 反 應(yīng) 還 慢.
這 兒, 我 們 還 必 須 注 意 一 個(gè) 現(xiàn) 象, 共 軛 醛 酮 在 保 護(hù) 之 后, 有 時(shí) 雙 鍵 的 位 置 會(huì) 發(fā)生 轉(zhuǎn) 移, 這 跟 催 化 劑 的 酸 性 密 切 相 關(guān).8
縮 醛 (酮) 的 制 備 還 可 以 通 過(guò) 過(guò) 渡 金 屬 催 化 劑 實(shí) 現(xiàn), 條 件 也 比 較 溫 和.9
O, O-acetal 保 護(hù) 基 的 除 去
酸 催 化 水 解 反 應(yīng) 是 最 為 常 見(jiàn) 的 辦 法. 通常 酮 的 1,3-dioxane 保 護(hù) 形 式 比 醛 的1,3-dioxolane 保 護(hù) 形 式 水 解 速 度 要 快 些; 同 時(shí) 醛 的 1,3-dioxolane 又 比 醛 的 1,3-dioxane 水 解速 度 快. 對(duì) 于 底 物 中 存 在 堿 性 N 原 子 的情 況, 水 解 反 應(yīng) 速 度 相 對(duì) 要 慢 一 些, 因?yàn)?酸 首 先 與 N 原 子 發(fā) 生 作 用, 因 此 需 要較 強(qiáng) 的 酸 性 物 質(zhì) 作 為 催 化 劑.10
由 于 PPTS 酸 性 較 弱, 因 此 在 此 類 除 去 保 護(hù) 基 的 反應(yīng) 中 應(yīng) 用 很 多, 例 如 合 成1,25-Dihydroxycholecalciferol.11
同 樣, Lewis 酸 可 以 在 溫 和 條 件 下 除 去 acetals. 下 例 中 由 于 產(chǎn) 物 是 b- 羥 基 酮, 使 用 酸 性 條 件 極 易 發(fā) 生 消 除 反 應(yīng); 將 底 物 的丙 酮 溶 液 經(jīng) 催 化 量 PdCl2(MeCN)2 處 理, 可 以 高 產(chǎn) 率 地 獲 得 產(chǎn) 物:12
以 上 我 們 提 及 的 都是 環(huán) 狀 O,O-acetals 的 反 應(yīng), 非 環(huán) 狀 O,O-acetals 非 常 類 似, 但 水 解 反 應(yīng) 更 加 容易 一 些. 然 而 由 于 它 們 的 性 質(zhì) 較 不 穩(wěn) 定, 給制 備 和 層 析 都 帶 來(lái) 一 些 困 難, 局 限 了 它 們 的 一 些 應(yīng) 用. 有 時(shí), 為 了 達(dá) 到 一 定 的 選 擇 性, 它 們 也 被 用 于 合 成 中. 與 環(huán) 狀 化 合 物 相 比 較, 其 制 備 和 合 成 均 相 似, 故 不 再 細(xì) 述.
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本文節(jié)選自：現(xiàn) 代 有 機(jī) 合 成 化 學(xué)（選 擇 性 有 機(jī) 合 成 反 應(yīng) 和 復(fù) 雜 有 機(jī) 分 子 合 成設(shè) 計(jì)），吳 毓 林，姚 祝 軍，P 39-42.
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