24424-99-5/BOC是叔丁氧羰基的簡(jiǎn)稱(chēng)

【背景及概述】^[1][2][3]

氨基原則上可采用酰化、烷基化、烷基酰化等反應(yīng)進(jìn)行可逆屏蔽。基于硫和磷衍生物的保護(hù)基團(tuán)也有報(bào)道。過(guò)去10年， 發(fā)展了上百種不同的氨基保護(hù)基團(tuán)， 主要包括烷氧羰基型保護(hù)基團(tuán)、酰基型保護(hù)基團(tuán)和烷基型保護(hù)基團(tuán)。芐氧羰基(Z)、叔丁氧羰基(Boc)、9-芴氧羰基(Fmoc)是最常見(jiàn)的3 種氨基保護(hù)基團(tuán)。Z基是一種使用時(shí)間很長(zhǎng)的氨基保護(hù)基，至今仍有廣泛應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)是制備容易：得到的Z-氨基酸易結(jié)晶并且穩(wěn)定，活化時(shí)不易消旋，可以在HBr/AcOH、Na/液氨等條件下脫去該保護(hù)基團(tuán)。Fmoc基是氨基甲酸酯型氨基酸保護(hù)基團(tuán)中，唯一廣泛應(yīng)用的可以在弱堿條件下解離的基團(tuán)。Fmoc脫保護(hù)可使用稀哌啶溶液或二乙胺/DMF溶液，在室溫下完成。

起初，Boc保護(hù)基團(tuán)主要用于液相肽合成化學(xué)中的氨基的保護(hù)。隨后Boc的發(fā)展是為了增加在溫和條件下脫保護(hù)的產(chǎn)率，并形成氣體的或低沸點(diǎn)的產(chǎn)物。其發(fā)展結(jié)果是Boc脫保護(hù)幾乎可以定量，Boc基團(tuán)很快就被用到固相合成方法中。目前，在有機(jī)合成尤其是多肽合成中，Boc作為氨基的保護(hù)基團(tuán)通過(guò)不同的穩(wěn)定策略如Boc/Z以及正交策略如Boc/Fmoc的組合，仍然廣泛地被使用.叔丁氧羰基( Boc) 作為氨基的重要保護(hù)基團(tuán)在有機(jī)合成中已有廣泛應(yīng)用，其脫保護(hù)一般是采用純?nèi)宜峄蛘咚亩燃淄槿芤海ㄈ宜崤c二氯甲烷的比例范圍為1∶3～1∶1）來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種方法具有反應(yīng)時(shí)間短、產(chǎn)率高和適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但是較強(qiáng)的酸性也容易導(dǎo)致敏感基團(tuán)的分解，并且因使用三氟乙酸的量較大導(dǎo)致環(huán)境污染和成本較高，從而限制了其使用。因此，近年來(lái)人們開(kāi)始研究許多溫和及有選擇性的試劑來(lái)除去N 上的Boc 保護(hù)基從現(xiàn)在的環(huán)境保護(hù)角度考慮，要求化學(xué)反應(yīng)盡可能選擇綠色化學(xué)的方法進(jìn)行，少使用輔助物質(zhì)（有機(jī)溶劑和另外加入的試劑），消耗更少的能源，生成更少的廢料。

【脫BOC方法】^[2][3]

1. 較常用的方法如下：

1）在HCOOH、HCl、HBr、TsOH、MsOH 等強(qiáng)酸或者lewis 酸存在的條件下，N-Boc 脫除Boc 保護(hù)基；

2）在硝酸鈰( IV) 銨或者CeCl₃·7H₂O-NaI存在的條件下，N-Boc 脫除Boc 保護(hù)基；

3）在SiO₂或者TBAF ( 四丁基氟化銨) 存在的條件下，N -Boc 脫除Boc 保護(hù)基；

4）在HNO₃或者H₂SO₄的二氯甲烷溶液中，N -Boc 脫除Boc 保護(hù)基；

5）利用堿性條件除去Boc 保護(hù)基，比如在Na₂CO₃ /DME /H₂O或者K₂CO₃ /MeOH/H₂O條件下，加熱回流反應(yīng)可以脫除雜環(huán)體系環(huán)內(nèi)N 上的Boc 保護(hù)基等。

2. 綠色化學(xué)方法；

1）以市售的85% H3PO4水溶液作為脫保護(hù)試劑

2006 年，美國(guó)制藥企業(yè)輝瑞公司報(bào)道，利用85% 的H₃PO₄水溶液作為試劑，可以在室溫、少量二氯甲烷存在的條件下脫除N-Boc 上的Boc 保護(hù)基。該反應(yīng)收率很高，絕大部分反應(yīng)的收率在90% 以上，有的甚至達(dá)到100% ：

同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)85% 的H3PO4水溶液可以脫除反應(yīng)物中的叔丁酯和叔丁醚，因此該反應(yīng)選擇性不高，但是它對(duì)其它保護(hù)基團(tuán)，如對(duì)酸敏感的基團(tuán)TBMDS（叔丁基二甲基硅烷基）和Cbz（芐氧羰基）或者芐酯等沒(méi)有影響。該方法的優(yōu)點(diǎn)是： ①反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)中使用的有機(jī)溶劑可以用作后處理時(shí)萃取用溶劑，因此后處理操作簡(jiǎn)單；②市售的85% H₃PO₄水溶液很便宜，反應(yīng)中它的用量較小，是一個(gè)隨時(shí)可用且對(duì)環(huán)境友好的無(wú)毒試劑 ③對(duì)操作人員和實(shí)驗(yàn)室無(wú)任何危險(xiǎn)，非常安全；④可以使用各種不同的反應(yīng)原料；⑤沒(méi)有副反應(yīng)，收率很高，輝瑞公司已經(jīng)把它應(yīng)用在幾kg級(jí)的放大生產(chǎn)中。

2）以TFE 或者HFIP 作溶劑，微波加熱脫保護(hù)

2008 年報(bào)道，利用TFE（2，2，2-三氟乙醇）或者HFIP（1，1，1，3，3，3-六氟異丙醇）作為反應(yīng)溶劑，利用微波加熱可以快速脫除N-Boc 上的Boc 保護(hù)基：

值得指出的是，在相同的反應(yīng)條件下，HFIP 的效果好于TFE。在此反應(yīng)條件下，對(duì)其它保護(hù)基團(tuán)，如對(duì)酸敏感的基團(tuán)TIPS（三異丙基硅烷基）和TBMDS（叔丁基二甲基硅烷基）以及OAc、Cbz（芐氧羰基）和芐醚等均無(wú)影響。該合成方法的優(yōu)點(diǎn)：①收率很高，大部分反應(yīng)的收率都在90%以上；②反應(yīng)時(shí)間短，大部分反應(yīng)在2 h 以?xún)?nèi)結(jié)束；③產(chǎn)品分離和后處理很簡(jiǎn)單，只需除去反應(yīng)溶劑后，用合適溶劑淋洗粗品即可得到產(chǎn)物；④高度化學(xué)選擇性；⑤無(wú)副反應(yīng)。反應(yīng)中回收的TFE 和HFIP 易于重新利用。

3）以H2O 作溶劑，無(wú)需任何試劑脫保護(hù)

2009 年報(bào)道了利用H2O 作為反應(yīng)溶劑，不需要任何其它試劑，脂肪胺或者芳香胺的N-Boc 保護(hù)基脫除Boc 保護(hù)得到相應(yīng)的產(chǎn)物胺，所有實(shí)施例的反應(yīng)收率基本在90% 以上，有的反應(yīng)收率甚至達(dá)到99%，手性胺在反應(yīng)后只得到光學(xué)純的產(chǎn)物：

該反應(yīng)中H₂O 作為雙重酸堿催化劑參與整個(gè)反應(yīng)過(guò)程，他們推測(cè)的反應(yīng)機(jī)理是，當(dāng)H₂O加熱到沸騰以后，H₂O 的離子化加劇，產(chǎn)生較多的H ⁺ 和OH^－ ，其中H ⁺ 進(jìn)攻氨基甲酸酯中羰基上的氧原子，然后OH^－進(jìn)攻羰基上的碳原子，得到一個(gè)四面體結(jié)構(gòu)的反應(yīng)中間體偕二醇，該化合物消除叔丁氧負(fù)離子得到氨基甲酸，再失去CO₂后變成相應(yīng)的產(chǎn)物。該合成方法的優(yōu)點(diǎn)是：1）無(wú)需任何其它試劑和安全的反應(yīng)條件；2）高收率，無(wú)副產(chǎn)物；3）非常好的化學(xué)選擇性，分子中有兩個(gè)Boc 保護(hù)基時(shí)，可以選擇性脫除其中一個(gè)；4）產(chǎn)品易于分離和純化；5）H₂O 作反應(yīng)溶劑，隨時(shí)可用，非常便宜，本身無(wú)任何毒性，對(duì)環(huán)境無(wú)害。

【應(yīng)用】^[3][4]

叔丁氧羰基( Boc) 主要作為氨基的重要保護(hù)基團(tuán)，在有機(jī)合成中已有廣泛應(yīng)用。

【主要參考資料】

[1] 馬永濤, 劉霞, 周寧, 等. 叔丁氧羰基保護(hù)的環(huán)狀氨基酸的合成及其在多肽固相合成中的應(yīng)用[J]. 國(guó)際藥學(xué)研究雜志, 2014, 41(2): 227-230.用

[2] 婁紹霞. (2012). N-Boc 保護(hù)基脫除的綠色化學(xué)方法研究進(jìn)展.化工時(shí)刊,26(6), 40-42.

[3] 趙艷, 姚金水, 戴罡, & 呼建強(qiáng). (2009). N-Boc 保護(hù)基脫除的原理與方法簡(jiǎn)介.山東輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版),23(2), 6-7+.