基团保护及其在有机合成中的作用

第３卷第４期

２００８年８月北京教育学院学报（自然科学版）ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＢＥＩＪＩＮＧＩＮＳＴＴＴＵＴＥＯＦＥＤＵＣＡＴＩＯＮ（ＮＡＴＵＲＡＬＳＣＩＥＮＣＥＥＤＩＴＩＯＮ）Ｖｏｌ．３Ｎｏ．４Ａｕｇ．２００８

基团保护及其在有机合成中的作用＊

何彩霞＊＊

（北京教育学院教师教育数理学院，北京１０００４４）

摘要：有机基团的保护是有机合成中很重要的策略之一。本文综述了基团保护的基本原理，

从基团的结构和反应活性的角度，对羰基、羟基和氨基的保护进行了分析并介绍了常用的保

护方法，阐明了基团保护在有机合成中的重要作用。

关键词：基团保护；有机合成；作用

中图分类号：Ｏ６２１・３文献标识码：Ａ文章编号：ＣＮ１１－５３４０／Ｎ（２００８）０４－０００５－０３在有机合成中经常遇到的问题是，对于含有多个官能团的化合物，除特定部位或基团发生预期反应外，还常常导致其他部位或基团发生变化，结果不仅使得反应产物变得复杂，而且有时还会导致所

羟基、氨基等加以需反应的失败。对此需要采取一定措施，将不希望参与反应的一些活性基团如羰基、

保护，使其转化为不受后续反应影响的衍生物，待反应完毕后，再使其恢复为原来的基团。这种方法就是有机合成中的基团保护，也称官能团保护。

１保护基与基团保护

基团保护一般采用基团保护基的方法，即用保护试剂与被保护的基团发生反应，使其在某一条件下失去反应活性，从而使不希望发生的副反应不能进行或活性降低。一般来说，基团保护的目的是为了拉大主副反应的活性差距，使希望发生的反应活性更高，而使不希望发生的反应活性降低。根据被保护基团的性质不同，需要采取不同的方法加以保护。由于亲核试剂的活性取决于其富电子程度，一些亲核试剂如氨基、羟基等的保护，是围绕着降低其中心元素的电子云密度进行的［１］。对于典型的亲电试剂如羰基，为了使其免受亲核试剂的进攻，采取的措施是使羰基碳的电子云密度增加，亲电活性降低。

基团保护，一般包括引入保护基和去保护基的过程。去保护基是在反应后，选择合适的反应条件将保护基去除。例如，为了防止酚羟基被氧化，常常是使它生成酚醚，完成反应之后再与氢碘酸反应生产原来的酚。

基团保护需要选择使用合适的保护基。从基团保护的角度考虑，理想的保护基必须具备一定的条件［１－４］：（１）在温和的条件下，保护基容易有选择性地与被保护基团反应；（２）保护基引入到被保护的基团上后，其性质在保护阶段的各种反应条件下应该是稳定的，能够防御其他试剂的“侵袭”，在反应过程中不发生变化；（３）保护基在完成保护任务之后，在不破坏分子其他部位的条件下，保护基易于在温和条件下除去；（４）保护基的引入和去除应操作简单，收率要高；（５）若需要对两个或两个以上的基团进行保护时，在选择保护基时必须注意保护基团的引入和去除互不干扰。

２几种常见基团的保护方法

＊收稿日期：２００８－０６－０６

＊＊作者简介：何彩霞（１９６４－），女，湖南澧县人，北京教育学院教师教育数理学院副教授。

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北京教育学院学报（自然科学版）

在有机合成中，常需要保护的基团有羰基、氨基、羟基、双键、羧基等，在此只简要介绍前三者。２．１羰基的保护

含有羰基的化合物有醛、酮、酸、酯和酰胺等。羰基中碳原子带部分正电荷易受亲核试剂的进攻，因而羰基具有亲电活性，容易与格氏试剂、有机锂试剂、金属氢化物等发生亲电加成反应，与酸、碱、一些氧化试剂等也可反应。因此羰基的保护主要是要增加羰基碳的电子云密度，使其亲电活性降低。这可从两方面着手，一是暂时消除! 键，将双键转化成单键，二是将与羰基相连的基团转化成供电子基。

醛、酮中的羰基碳上所连的两个基团，即氢和烷基或芳基等均不易离去，也不易转化。因此保护羰基只能从! 键着手，最常用的方法是用醇如甲醇、乙醇，或二醇如乙二醇使其转变成缩醛、缩酮。缩醛、缩酮对碱、格式试剂、金属氢化物等是稳定的，但对酸溶液或路易斯酸是敏感的。缩醛、缩酮在酸性条件下水解可去除保护基使羰基复原：ＣＯＲＯＨＣＯＲＨ２Ｏ，Ｈ＋ＯＲＣＯ

羰基化合物的活性顺序［３］为：

醛＞开链酮及环己酮＞环戊酮＞" －不饱和酮＞#－单取代酮及双取代酮＞芳香酮，这是选择性保护羰基的依据。

例如，若想在含有醛基的酮基上与格氏试剂发生亲核加成反应，由于醛羰基的活性比酮羰基的高，必须先把醛羰基变成缩醛保护起来，待亲核加成完毕后，用稀酸处理，使原来的醛羰基再复原［５］：

ＯＯＨＯＨＣｌＣＨＣＨ３

３ＭｇＩ

ＣＨＯＣ２Ｈ５ＯＨＣＨ（ＯＣ２Ｈ５）２Ｈ３Ｏ＋ＣＨＯ

也可以用硫醇如硫代甲醇、硫代乙醇等代替醇，使醛、酮生成硫代缩醛、硫代缩酮来保护羰基。２．２羟基的保护

羟基易于氧化、烷化、酰化，仲醇、叔醇则易于脱水。羟基保护是为了防止这些反应的发生。

羟基氧原子上有一孤对电子，由于其碱性并不强，羟基的质子化是个动态平衡过程，因而不可能通过质子化的方式来降低其亲核性来保护羟基［１］。若把羟基上的氢用其他基团取代，则能降低羟基上氧原子的亲核活性，便能达到保护羟基，使其不参与化学反应的目的。因此羟基的常用保护方法是将羟基转化为醚、酯等。

醚的化学性质比较稳定，不容易与金属有机化合物反应，因而把醇或酚转化为醚，已经被证明是保护羟基的一种较好的手段。用于羟基保护的醚类保护基主要有硅醚、烷基醚和烷氧基烷基醚等，烷基醚类保护基有甲基醚、卞基醚、三苯甲基醚、叔丁基醚等。例如：

＋

ＲＯＨＰｈ３Ｃｌ

吡啶ＲＯＰｈＨ２Ｏ，Ｈ

３ＲＯＨ

烷氧基烷基醚类保护基有甲氧基甲基醚、苄氧基甲基醚和四氢吡喃醚。这类保护基在碱性条件下比较稳定，去保护一般在酸性条件下进行。例如：

＋

ＲＯＨＯＨ２Ｏ，Ｈ

ＲＯＯＨＯＯ＋ＲＯＨ

保护羟基的另一种常用方法是羟基的酯化法。醇与酸作用可生成酯，常用的酯有乙酸酯、二氯乙酸酯、苯甲酸酯等。酸酐、酰氯与羟基反应也能生成酯。对于空间位阻较小的羟基，在室温下较容易生成相应的酯，对于有空间阻碍的羟基酯化反应很慢，甚至不反应。在碱性物质催化下水解酯是去除保护的有效方法。例如：

ＲＯＨＣ６Ｈ５ＣＯＣｌＲＯＣＯＣＨ２Ｏ，ＯＨ－

６Ｈ５ＲＯＨ

２．３氨基的保护

６

何彩霞：基团保护及其在有机合成中的作用

胺类化合物中的氨基能参与许多反应，如伯胺、仲胺很容易发生氧化、烷基化、酰化以及与羰基的亲核加成反应等。

在氨基的中心氮原子上有一孤对电子，具有碱性，易于与质子形成共价键生成正铵离子：ＮＨＨ＋ＮＨ２＋

利用这一性质使氨基质子化，可以使氨基的亲核性下降而起到保护氨基的作用。但是，对于芳香族胺，特别是带有吸电子基的芳香族胺，则必须在浓硫酸条件下才能质子化，且质子化也难以完全。

将氨基酰化转变为酰胺是常用而简便的保护氨基的方法。在氨基上引入吸电子基时，由于吸电子基的吸电作用致使氨基上中心氮原子的电子云密度减小，使其亲核性减小，便可达到保护氨基的目的。最简单、最常用的方法是用乙酐把氨基乙酰化，然后酸或碱催化水解使其复原：

ＮＨ２

（ＣＨ３ＣＯ）２ＯＮＨＣＯＣＨ３

ＨＮＯ３ＣＨ３ＣＯＯＨＮＨＣＯＣＨ３Ｈ２Ｏ

ＯＨ－ＮＯ２ＮＨ２ＮＯ２

保护氨基的另一种方法是将氨基转变成苄胺或取代苄胺：

ＮＨＰｈＣＨ２ＣｌＮ—ＣＨ２Ｐｈ

苄基胺对酸、碱、亲核试剂、有机金属试剂等是稳定的，容易通过催化氢解除去苄基保护基。

仲胺与磺酰氯在碱性条件下反应得到的磺酰胺对酸和碱都具有很好的稳定性，不易受到亲核试剂的进攻，因此磺酰胺是保护胺的最稳定的保护方式。如吲哚、吡咯分子内的Ｎ—Ｈ键可以用这种方式保护，保护基可通过简单的碱性水解去除。而伯胺或仲胺的磺酰胺则要求强烈的还原条件。

在多肽、蛋白质合成中，最常用的氨基保护基此外，氨基的保护方法还有氨基甲酸酯类保护法等。

是烷氧羰基（ＲＯＣＯ—）或苄氧羰基。

如上所述，在有机合成中，当一个反应可能在反应底物的不同部位进行时，采取基团保护的策略，可以使反应试剂对不同的官能团或处于不同化学环境的相同官能团进行选择性反应，从而提高化学反应的选择性。基团保护在有机合成中的作用，一是为了暂时致钝某些基团，提高反应的化学选择性，如反应底物分子是含有羟基的酮，若使其与格式试剂作用得到醇，由于醇羟基对金属有机化合物十分敏感，因此在格式试剂与其作用前，需要对羟基先进行保护，待反应结束后再去除保护基。基团保护在有机合成中的另一作用，可以利用保护基与基团反应后，使某一位置有活化或钝化的反应中心，实现区域的选择性，对反应起定向的作用。如合成对硝基苯胺时，如果用苯胺直接硝化，在硝化过程中氨基会被氧化而破坏，因此需要采取保护措施，将氨基乙酰化形成乙酰苯胺。乙酰苯胺进行硝化时得到产率很高的对硝基乙酰苯胺，经酸性水解后除去乙酰基，则可得到所需的对硝基苯胺。显然，在这个过程中，氨基的乙酰化保护造成了其对位这一特定位置的反应，起到了反应导向的作用。总之，有机合成中的基团保护是提高反应选择性的重要策略之一，不仅提高反应的区域选择性，甚至可实现立体选择［６］。

参考文献：

［１］陈荣业．分子结构与反应活性［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００８：２４０－２５４．

［２］徐寿昌．有机化学（第二版）［Ｍ］．北京：高等教育出版社，１９９３：４９２－４９３．

［３］高桂枝，陈敏东．有机合成化学［Ｍ］．北京：科学出版社，２００７：２７９－２８２．

［４］潘春跃．合成化学［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００５：２５３－２４７．

［５］赵少琼．羰基保护及其在有机合成中的应用［Ｊ］．忻州师范学院学报，２００５，５：５８－６１．

［６］邱支强．有机物官能团保护［Ｊ］．科技信息（学术版），２００６，１１：８６－８８．

［７］谢如刚．现代有机合成化学［Ｍ］．北京：华东理工大学出版社，２００７：７２－９５．

［８］李鹏飞等．糖合成中羟基的保护与去保护法，化学研究，２００５，３：１０７－１１２．

［９］何敬文，伍贻康．羰基保护基团的新进展，有机化学，２００７，５：５７６－５８６．

（下转第４２页）７

北京教育学院学报（自然科学版）

物理过程和数学知识有机起，呈现方式新颖。在解答过程中要求学生将物理模型（连续质量的模型）、

地天然合一，且做了递进式的设问，特别是问题（２）的设问具有开放性，起到了画龙点睛的作用。

立意新颖，设计精巧，表述准确，要求学生对试题所展示的实际总之，２００７年物理试题选材灵活、

情景进行分析、判断、弄清物理过程，准确建立物理模型，运用相关物理知识解答。既考查了学生分析问题和解决问题的能力，更能检查出学生科学素质的高低。

在新课改、新课标的引领下，理论联系实际的题目是历年高考题中所涉及的重要内容之一，例如

第１５题估算１ｇ水的分子个数、第１７题“嫦娥一号”的探究题、第１３题多种物理仪器的原理和作用、

第２２题方框问题（源自于课本习题的深化）、第２３题风力发电机，强调学科知２１题练习使用示波器、

识与现实生活的联系，在题目的设计上注重从生产、生活和新科技进展中取材，主要考查考生对基本概念和规律的理解和运用能力，从而引导中学生在学习期间能经常关注社会实际问题，形成运用学科视角去观察，洞悉社会的能力。联系实际（特别是需要综合运用）的题目会使部分学生感到不适应，而这正是北京高考命题的方向所在。

３．５试题推陈出新，凸显课改理念

２００８年北京理科综合试卷物理试题计算题难度与去年持平，选择题难度与２００７年高考差不多，整套试卷物理试题仍然坚持学科内知识的综合；《考试说明》只有物理部分提出了“应用数学处理物理问题的能力”的要求，并在２００８年试卷中再次得到了体现，例如第１５题、１７题、２０题、２４题，我们也可从前面的举例明显地感到，这是今年物理试题的又一个特征。

北京实行自主命题已有五年了，我们从五年的自主命题中感到，每年的北京主观试题第一题是源于教材、传统经典的；第二题是忠于教材、陈题翻新的；第三题是建构模型、情景新颖的；而且每题分设为三问，每问富有层次感。五年来，命题专家们真正做到了高考试题的素材源于教材，忠于教材，挖掘教材，又不拘泥于教材，使北京的高考命题特色一直延续了下来。

总的说来，２００８年北京高考“理综”试卷的物理试题符合《北京卷考试说明》的要求，关注高中物理课程改革，符合考试要求的定位。试卷既体现了考试要为素质教育服务的宗旨，也体现了从知识与技能、过程与方法、情感态度价值观三个方面培养学生的新课程改革的理念，更加注重基础知识的学习和能力的考查，我们相信这份试卷对首都高中物理教学和新旧教材的平稳过渡以及新课程的进一步实施，一定会起到正确的引领和指导作用。

（责任编辑

（上接第７页）张景瑞）ＡｔｏｍｉｃＧｒｏｕｐｓＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＩｔｓＥｆｆｅｃｔｓｉｎＯｒｇａｎｉｃＳｙｎｔｈｅｓｉｓ

ＨｅＣａｉｘｉａ

（ＦａｃｕｌｔｙｏｆＭａｔｈＡｎｄＳｃｉｅｎｃｅＴｅａｃｈｅｒＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｉｔｕｔｅｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１２０，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｒｇａｎｉｃａｔｏｍｉｃｇｒｏｕｐｓｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｔｒａｔｅｇｙｉｎｏｒｇａｎｉｃｓｙｎｔｈｅｓｉｓ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｇｉｖｅｓａｎｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｆｏｒａｔｏｍｉｃｇｒｏｕｐｓｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｘｉｄｅ，ｈｙｄｒｏｘｉｄｅａｎｄａｍｉｎｏｆｒｏｍｔｈｅａｎｇｌｅｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｒｅａｃｔｉｖｅａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅａｔｏｍｉｃｇｒｏｕｐｓ．Ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｅｌａｂｏｒａｔｅｓｏｎｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｆｆｅｃｔｓｏｆａｔｏｍｉｃｇｒｏｕｐｓｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｎｏｒｇａｎｉｃｓｙｎｔｈｅｓｉｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｔｏｍｉｃｇｒｏｕｐｓｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｏｒｇａｎｉｃｓｙｎｔｈｅｓｉｓ；ｅｆｆｅｃｔｓ

（责任编辑张景瑞）

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