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芐基(Bn)及其衍生物是有機合成中常用的保護基團之一,主要用于保護氨基、羥基和羧基等功能基團。同時,芐基是一種比較穩定的氨基保護基,可在多種反應條件下穩定存在,其引入和脫除反應溫和,操作簡便,因此在有機合成中應用廣泛。
常見的芐基系列保護基主要包括:芐基,4-甲氧基芐基(PMB),2,4-二甲氧基芐基(DMB)(式1),該系列保護基通常在堿性條件或親核試劑存在下比較穩定,其引入方法基本相似,但脫除方法多種多樣,主要包括催化氫解、氧化及在酸性環境中脫保護。

式1
芐基保護基最常用的引入方法是在堿性條件下與相應的鹵代物進行反應(式2)。此外,還可順利獲得相應的醛與氨基形成亞胺,在NaBH4、NaBH(OAc)3等還原劑的存在下進行還原胺化,得到相應的芐基保護產物(式3)。

式2

式3
芐基的脫除方法多樣,主要包括還原脫芐、氧化脫芐、酸性脫芐和堿性脫芐,這些方法各有其適用場景和優缺點,現分類介紹如下:
還原脫芐主要包括催化氫化和轉移氫化,兩者的主要區別在于氫源的不同,催化氫化以氫氣為氫源,后者則以甲酸銨,環己烯等化合物給予氫源。常用的催化劑包括Pd/C和Pd(OH)2/C,此外,金屬鎂、鋅也被開發用于脫芐基。
催化氫化
催化氫化是最常用的脫芐方法之一(式4),具有反應條件溫和、體系干凈、收率高等優勢,但其選擇性較差,對易被還原的底物容易造成不必要的副反應。另外,脫芐時,使用酸性溶劑或添加強酸可以促進胺的質子化,防止脫芐后的胺類化合物與催化劑活性位點相互作用,抑制催化劑活性。

式4
對于小分子和含多親水基團的有機胺往往會因為穩定性和水溶性問題導致脫芐收率較低,在體系內引入多氯代烷可以顯著加速脫芐速率,實現脫芐、成鹽一鍋轉化。

式5
另外,Pd/C和Pd(OH)2/C兩種催化劑混合可達到單一催化劑無法實現的效果,表現出更有效的催化效果。
轉移氫化
轉移氫化是催化氫化的一種替代方法,無需壓力設備,操作簡便。但氫供體的引入可能會給產物的提純帶來困擾,用來給予氫源的試劑有甲酸、甲酸銨、環己烯、1,4-環己二烯等,不同的氫源,會影響脫氫產物的組成。如1,4-環己二烯作為氫源時,在含有N-, O-芐基底物中,可選擇性脫去N-芐基(式6)。

式6
另外,金屬鎂、鋅等價廉金屬也可以用于轉移氫化脫芐的催化劑,如金屬鎂與甲酸銨可高效脫除N-,O-,S-芐基,諸如Boc,鹵素,羧基等取代基均不受影響,(式7),這種方法避免了鈀催化劑成本高及自燃的問題,是一種潛在的經濟,環保的脫芐替代方案。

式7
氧化脫芐是一種兼具溫和和高選擇性的方法,常用的氧化試劑包括CAN試劑(硝酸鈰銨)、DDQ(2,3-二氯-5,6-二氰基苯鯤)等,其中CAN試劑對不飽和鍵顯示出一定的化學惰性,可以選擇性的脫去芐基。
DDQ和CAN試劑在脫芐選擇性上有所不同(式8),前者通常優先脫除含給電子集團的芐基,如PMB等,而后者通常優先脫除未取代的芐基,另外CAN試劑對叔胺具有較好的脫芐效果,但對仲胺表現出化學惰性,故CAN試劑在多芐基底物中,通常停留在脫單芐基階段。

式8
O2/t-BuOK,I2/Cs2CO3,DIAD,Oxone等氧化體系都可以實現芐基脫除,其中I2/Cs2CO3體系可以選擇性脫除仲胺的芐基,而保留叔胺芐基(式9);DIAD則可選擇性脫除N-芐基,而O-芐基能穩定存在。

式9
酸脫芐也是一種反應迅速且操作簡單的脫芐方法,但此方法需要底物對酸性環境具有一定的耐受力,常用的酸解試劑包括三氟乙酸(TFA),三氟甲磺酸(TfOH)和對甲苯磺酸(p-TsOH),通常用來脫除含有給電子基取代的芐基(PMB, DMB等)(式10)。

式10
堿脫芐通常是用作催化氫解的替代方法,對于N-酰基-N-芐基衍生物、芳香雜環等化合物的脫芐比較有效(式11)。所用試劑包括烷基鋰試劑(MeLi等)、Na/NH3(l)、LiAlH4等。

式11
除上述常見的脫芐方法之外,諸如酶催化、硝解、格式試劑、NBS/AIBN等眾多脫芐方法在特定場景下也可以實現高效脫芐,可作為常規脫芐方法的補充,本文不再詳述。
總而言之,上述提到的脫芐方法各有優缺點和適合場景,在復雜的有機合成反應中,脫芐方法需要根據具體反應底物的結構特點選用合適的脫芐策略。
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