药明康德新药开发有限公司 氨基的保护与脱保护 化学合成部执行主任:马汝建 经典化学合成反应讲座(四 ) 药明康德版权所有 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 2 1. 常见的烷氧羰基类氨基保护基 苄氧羰基(Cbz) 、叔丁氧羰基(Boc) 、笏甲氧羰基(Fmoc) 、烯 丙氧羰基(Alloc) 、 三甲基硅乙氧羰基(Teoc) 、甲(或乙)氧羰基 2. 常见的酰基类氨基保护基 邻苯二甲酰基(Pht) 、对甲苯磺酰基(Tos) 、三氟乙酰基(Tfa ）邻（对）硝基苯磺酰基(Ns)、特戊酰基、苯甲酰基 3. 常见的烷基类氨基保护基 三苯甲基(Trt) 、2,4-二甲氧基苄基(Dmb) 对甲氧基苄基(PMB) 、苄基(Bn) 常见氨基保护基 2 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 3 氨基保护基的选择策略 最好的是不保护. 若需要保护,选择最容易上和脱的保护基,当 几个保护基需要同时被除去时，用相同的保护基来保护不同的 官能团是非常有效。要选择性去除保护基时，就只能采用不同 种类的保护基。 要对所有的反应官能团作出评估，确定哪些在所设定的反应条 件下是不稳定并需要加以保护的，选择能和反应条件相匹配的 氨基保护基。 还要从电子和立体的因素去考虑对保护的生成和去除速率的选 择性 如果难以找到合适的保护基，要么适当调整反应路线使官能团 不再需要保护或使原来在反应中会起反应的保护基成为稳定的 ；要么重新设计路线，看是否有可能应用前体官能团（如硝基 等）；或者设计出新的不需要保护基的合成路线。 选择一个氨基保护基时，必须仔细考虑到所有的反应物，反 应条件及所设计的反应过程中会涉及的底物中的官能团。 3 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 4 第一部分: 烷氧羰基类氨基保护基 4 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 5 1.1 苄氧羰基的引入 用Cbz-Cl与游离氨基在用NaOH 或NaHCO3 控制的碱性条件下 可以很容易同Cbz-Cl反应得到N-苄氧羰基氨基化合物。氨基 酸酯同Cbz-Cl的反应则是在有机溶剂中进行，并用碳酸氢盐 或三乙胺来中和反应所产生的HCl。此外，Cbz-ONB（4- O2NC6H4OCOOBn）等苄氧羰基活化酯也可用来作为苄氧羰基的 导入试剂，该试剂使伯胺比仲胺易被保护;苯胺由于亲核性 不足，与该试剂不反应 5 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 6 1.1.1 苄氧羰基的引入示例 6 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 7 1.1.2 苄氧羰基的脱去 1). 催化氢解 2). 酸解裂解(HBr, TMSI) 3). Na/NH3（液）还原 实验室常用简洁的方法是催化氢解(用H2或其它供氢体,一般常温 常压氢化即可); 当分子中存在对催化氢解敏感(有苄醚,氯溴碘 等)或钝化催化剂的基团(硫醚等)时，我们就需要采用化学方法 如酸解裂解HBr或Na/NH3（液）还原等。 苄氧羰基的脱去主要有以下几种方法 7 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 8 1.1.2 苄氧羰基的酸性脱除注意点 苄氧羰基的用强酸或Lewis酸脱除时,会产生苄基的碳正离子, 若分子中有捕捉碳正离子的基团时,将得到相应的副产物. 8 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 9 1.1.3 苄氧羰基的脱去示例（一） 9 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 10 1.1.4 苄氧羰基的脱去示例（二） 10 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 11 1.2 叔丁氧羰基 除Cbz保护基外，叔丁氧羰基（Boc）也是目前多肽合成中广 为采用的氨基保护基，特别是在固相合成中，氨基的保护多 用Boc而不用Cbz。Boc具有以下的优点：Boc-氨基酸除个别外 都能得到结晶；易于酸解除去，但又具有一定的稳定性;Boc- 氨基酸能较长期的保存而不分解；酸解时产生的是叔丁基阳 离子再分解为异丁烯，它一般不会带来副反应；对碱水解、 肼解和许多亲核试剂稳定；Boc对催化氢解稳定，但比Cbz对 酸要敏感得多。当Boc和Cbz同时存在时，可以用催化氢解脱 去Cbz，Boc保持不变，或用酸解脱去Boc而Cbz不受影响，因 而两者能很好地搭配使用。 11 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 12 1.2.1 叔丁氧羰基的引入 游离氨基在用NaOH 或NaHCO3 控制的碱性条件下用二氧六环 和水的混合溶剂中很容易与Boc2O反应得到Boc保护的胺。这 是引入Boc常用方法之一，它的优点是副产物无干扰,并容易 除去。有时对一些亲核性较大的胺，一般可在甲醇中和Boc 酸酐直接反应即可，无须其他的碱，其处理也方便（见内部 期刊第一期）。 对水较为敏感的氨基衍生物，采用Boc2O/TEA/MeOH or DMF 在40-50下进行较好。有空间位阻的氨基酸而言，用 Boc2O/Me4NOH.5H2O/CH3CN是十分有利的。 叔丁氧羰基的引入一般方法: 12 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 13 1.2.2 叔丁氧羰基的引入示例(一) 13 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 14 1.2.3 叔丁氧羰基的脱去 Boc比Cbz对酸敏感，酸解产物为异丁烯和CO2（见下式）。 在液相肽的合成中，Boc的脱除一般可用TFA或50%TFA（ TFA:CH2Cl2 = 1:1,v/v）。在固相肽合成中，由于TFA会带 来一些副反应（如产生的胺基上酰化成为相应的三氟乙酰胺 等），因此多采用1-2M HCl/有机溶剂。一般而言，用HCl/ 二氧六环比较多见。 叔丁氧羰基的脱去: 14 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 15 1.2.3 叔丁氧羰基的脱去 一般选用酸性脱除: 用甲醇作溶剂，HCl/EtOAc的组合使 TBDMS和TBDPS酯以及叔丁酯和非酚类酯在Boc脱除时不被断裂 。当同时脱除分子中有叔丁酯基(可根据不同的酸性选择性脱 Boc)或分子中有游离羧酸基，千万记住不能用HCl/MeOH,其可 将羧酸变为甲酯。在Boc脱去过程中TBDPS和TBDMS基相对是稳 定的（在TBS存在，用稀一些的1020 TFA） 在中性的无水条件下Me3SiI在CHCl3或CH3CN中除了能脱除Boc 外，也能断裂氨基甲酸酯、酯、醚和缩酮。通过控制条件可 以得到一定的选择性。 15 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 16 当分子中存在一些官能团其可与副产物叔丁基碳正离子在 酸性下反应时，需要添加硫酚(如苯硫酚)来清除叔丁基碳 正离子，此举可防止硫醇(醚,酚)(如蛋氨酸,色氨酸等)和 其他富电子芳环(吲哚,噻吩,吡唑,呋喃多酚羟基取代苯等 等)脱Boc时的烷基化。也可使用其它的清除剂，如苯甲醚 、苯硫基甲醚、甲苯硫酚、甲苯酚及二甲硫醚。 中性条件TBSOTf/2.6-lutidine 的组合或ZnBr2/CH2Cl2也 可对BOC很好的脱除。如果底物对叔丁基碳正离子特别敏 感，也可以ZnBr2/CH2Cl2体系中加碳正离子清除剂 伯胺衍生物存在下， ZnBr2/CH2Cl2可以选择性的脱除仲胺 上的Boc？ 1.2.3 叔丁氧羰基的脱去 16 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 17 1.2.4 叔丁氧羰基的脱去示例 17 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 18 1.2.4 叔丁氧羰基的脱去示例 18 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 19 1.2.5 叔丁氧羰基的脱去 19 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 20 1.3.笏甲氧羰基(Fmoc) Fmoc保护基的一个主要的优点是它对酸极其稳定，在它的 存在下，Boc和苄基可去保护。Fmoc的其他优点是它较易 由简单的胺不通过水解来去保护，被保护的胺以游离碱释 出。一般而言Fmoc对氢化稳定，但某些情况下，它可用 H2/Pd-C在AcOH和MeOH仲脱去。Fmoc保护基可与酸脱去的保 护基搭配而用于液相和固相的肽合成。 笏甲氧羰基的特点: 20 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 21 1.3.1笏甲氧羰基的引入 用笏甲醇在无水CH2Cl2中与过量的COCl2反应可以 得到很好产率的Fmoc-Cl（熔点61。5-63），所 得Fmoc-Cl在二氧六环/Na2CO3或NaHCO3溶液同氨基 酸反应则可得到Fmoc保护的氨基酸(一般不能用强 碱)。用Fmoc-OSu(Su=丁二酰亚胺基)在乙腈/水中 导入，该方法在制备氨基酸衍生物时很少低聚肽 生成。目前我们一般更倾向于用Fmoc-OSu上FMoc. 笏甲氧羰基的引入一般方法: 21 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 22 1.3.2 笏甲氧羰基的引入示例 22 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 23 1.3.3 笏甲氧羰基的脱去 Fmoc同前面提到的Cbz和Boc不同，它对酸稳定，较易通过简单的 胺（而不是水解）脱保护，被保护的胺以游离碱释出。Fmoc- ValOH在DMF中用不同的胺碱去保护的快慢有较大的差异，20%的哌 啶较快。Fmoc保护基一般也能用浓氨水、二氧六环/4M NaOH(30:9:1)以及用哌啶、乙醇胺、环己胺、吗啡啉、吡咯烷酮 、DBU等胺类的50%CH2Cl2的溶液脱去。另外，Bu4N+F-/DMF在室温的 脱去效果也很好。叔胺（如三乙胺）的脱去效果较差，具有空间 位阻的胺其脱除效果最差。一般我们在常规合成（液相反应）不 经常性使用该保护基的原因：.对碱过于敏感；.反应的副产 物。 23 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 24 1.3.4 笏甲氧羰基的脱去示例 24 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 25 1.4.烯丙氧羰基(Alloc) 同前面提到的Cbz、Boc和Fmoc不同，它对酸、碱等都很稳 定，在它的存在下，Cbz、Boc和Fmoc等可选择性去保护， 而它的脱去则通常在Pd(0)的存在下进行 Alloc-Cl在有机溶剂/Na2CO3、NaHCO3溶液或吡啶中同 氨基化合物反应则可得到Alloc保护的氨基衍生物。 烯丙氧羰基的特点 : 烯丙氧羰基的引入 : 25 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 26 1.4.1 烯丙氧羰基的引入示例 26 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 27 1.4.2 烯丙氧羰基的脱去 Alloc保护基对酸、碱等都有较强的稳定性，它们通常只用 Pd(0)，如Pd(PPh3)4或Pd(PPh3)2Cl2存在的条件去保护。 在异戊烯酯或肉桂酸酯存在下，可用Pd(OAc)2/TPPT /CH3CN/Et3N/H2O去保护，但随时间的增加，这些酯也会反应 ，并且氨基甲酸异戊烯酯和烯丙基碳酸酯同样被断裂。 当加入Boc2O、AcCl、TsCl、或丁二酸酐时，Pd(PPh3)2Cl2/ Bu3SnH可将Alloc基转变为其它的胺衍生物。另外，Alloc也 可在Pd(PPh3)4和HCOOH/TEA或AcOH/NMO催化脱去。 27 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 28 1.4.3 烯丙氧羰基的脱去示例 28 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 29 1.5 三甲基硅乙氧羰基(Teoc) 三甲基硅乙氧羰基(Teoc)同前面提到的Cbz、Boc, Fmoc 和Alloc 不同，它对酸、大部分碱，及贵金属催化等都很稳定，在它的存 在下，Cbz、Boc，Fmoc和Alloc等可选择性去保护，而它的脱去 则通常在氟负离子进行。如TBAF、TEAF和HF等。 一般情况下，Teoc-Cl、Teoc-OSu或Teoc-OBt在有机溶剂，碱的存在下 同氨基化合物反应则可得到Teoc保护的氨基衍生物 三甲基硅乙氧羰基的引入: 29 化学合成部培训材料, 药明康德版权所有, 30 1.5.1