叔丁基是一类空间位阻大,对碱和亲核试剂稳定的保护基,被广泛用于羧酸和醇的保护,因其出色的稳定性,成为了固相合成中正交保护策略的重要组成部分。目前常用的叔丁基引入试剂有异丁烯和叔丁基三氯乙酰亚胺酯,前者为气体,易燃且操作储存不方便,后者吸湿性严重且具有热不稳定性,限制了这些试剂的进一步应用。鉴于此,Kunishima团队开发了一种新型的稳定性高的叔丁基引入试剂2,4,6-三叔丁氧基-1,3,5-三嗪,简称TriAT-tBu。
一
TriAT-tBu的分子特性
TriAT-tBu(结构见图1)是一种非吸湿性的结晶固体,无刺激性和过敏性,在空气中暴露长达一年仍保持稳定,便于储存和操作。
图1 TriAT-tBu结构式
二
TriAT-tBu的作用机制
TriAT-tBu的作用机制如下:以醇的叔丁基化反应为例,TriAT-tBu在溶液中迅速释放叔丁基正离子,然后经由以下两种途径实现叔丁基化。
途径一:
叔丁基正离子直接与醇,得到相应的叔丁基醚,反应速度快;
途径二:
叔丁基正离子被溶液中的质子接受体夺去氢质子,生成异丁烯,再与醇进行反应得到叔丁基醚,反应速率较慢。
Kunishima团队对反应进程进行了全程监测,其中,途径一是在TriAT-tBu加入至完全消失这个阶段的主要反应途径,也是能够快速得到产物的主要原因。途径二则是在TriAT-tBu消失后,需要通过异丁烯来释放叔丁基正离子继续完成反应,但反应效率会低很多。因此,在使用TriAT-tBu过程中,为抑制异丁烯的生成,采用配成溶液后缓慢滴加的方式,以降低反应体系浓度,提高反应效率。
图2 TriAT-tBu的作用机制
三
TriAT-tBu的功能
在酸催化剂存在下,TriAT-tBu会释放叔丁基正离子,有效实现醇和羧酸的叔丁基保护。
1. 与醇生成叔丁基醚
与醇类的叔丁基化反应时,需二氯甲烷做溶剂,以及三氟甲磺酸或三氟甲磺酸钪等为酸催化剂的体系下进行。而醚类溶剂如四氢呋喃等不能充当有效的反应介质。TriAT-tBu对伯醇和仲醇表现出高反应活性,同时能兼容TBDPS、Boc(仅限用三氟甲磺酸钪为催化剂时)等多种官能团,且手性化合物不会发生消旋,然而,叔醇难以与TriAT-tBu反应得到相应的叔丁基醚。
图3 TriAT-tBu与醇的叔丁基化反应
2. 与羧酸生成叔丁酯
与羧酸反应时,三氟甲磺酸钪只能以中等收率得到叔丁酯,而硫酸则能更高效的促进反应进行,无论是脂肪酸还是芳香酸都可以顺利转化为相应的叔丁酯,展现出良好的底物适用性。
图4 TriAT-tBu与羧酸的叔丁基化反应
综上,新型叔丁基化试剂TriAT-tBu具有稳定性高,非吸湿性,操作便捷等优势,可以在酸催化剂的作用下以中等至优秀的收率实现醇或羧酸的叔丁基保护,其开发不仅弥补了传统试剂的不足,同时也为合成化学中引入叔丁基提供了新的思路,具有重要的科研与应用价值。
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