乙二醇和羰基反应方程式

羰基 (carbonyl group) 是指具有碳-氧双键的基团，由其共振式便能得知羰基的碳原子具有部分的正电性质（图一），也因此羰基的碳原子非常容易受到亲核剂的攻击，进而产生键结。

图一、含羰基化合物之共振式（作者绘制）

羰基常见的亲核加成化学反应包含：(1) 利用硼氢化钠 (sodium borohydride, NaBH4) 或铝氢化锂 (lithium aluminium hydride, LiAlH4, LAH)…...等还原剂将羰基还原成醇基。(2) 利用格任亚试剂（Grignard reagent, 以苯基格任亚试剂为例）进行亲核加成反应，产生醇类化合物。（图二）

图二、常见的羰基亲核加成反应（作者绘制）

然而，真正用来进行有机合成的有机分子通常较为复杂，具有多个官能基（包含羰基），此时用来进行反应的试剂可能因为与羰基作用而失去原本的功效，同时也可能使羰基产生转变。考虑以下的例子：（图三）

图三、含羰基化合物的还原反应（作者绘制）

若要将化合物的酯基还原成醇基，直观地来说会使用 LiAlH4 作为还原剂。然而，在这样的反应条件下，却没有办法得到预期的产物。因为 LiAlH4 除了会将酯基还原外，亦会使羰基还原成醇基，得到二醇化合物。（图四）

图四、以

第二步：半缩醛在酸催化下失去一份子水形成碳正离子中间体，乙二醇的另一个羟基进攻碳正离子，失去质子后就得到四元环的缩醛结构。

发生了缩醛反应

原理：羰基是个强极性基团，碳显较强的正电性，因而易与亲核试剂反应。而醇中羟基上的氧具孤对电子，有较强的亲核性，氧以其孤对电子进攻羰基碳形成半缩醛。要酸催化，且反应可逆。半缩醛的-OH不稳定，极易与另一分子醇脱水缩合形成缩醛。

反应方程式与机理如图：

2.保护基团必须经受得起在保护阶段的各种反应条件.

3.保护基团易于除去.

化学合成中常用的保护基

碳氢键的保护

羟基的保护

氨基的保护

羰基的保护

羧基的保护

1. 碳氢键的保护

乙炔及末端炔烃中的炔氢较活泼,它可以与活泼金属`强碱`强氧化剂及有机金属化合物反应.

常用的炔氢保护基为三甲硅基.将炔烃转变为格氏试剂后同三甲基氯硅烷作用.即可引入三甲硅基.该保护基对于金属有机试剂`氧化剂很稳定.可在使用这类试剂的场合保护炔基.

2.羟基的保护

醚类

缩醛和缩酮类

酯类

羟基是一个活性基团,它能够分解格氏试剂和其他有机金属化合物,本身易被氧化,叔醇还容易脱水,并可以发生烃基化和酰基化反应.所以在进行某些反应时,若要保留烃基,就必须将它保护起来.

醇羟基常用的保护方法有3类:

2.1 转变成醚

甲醚

用生成甲醚的方法保护羟基是一个经典方法.通常使用硫酸二甲酯,在氢氧化钠或氢氧化钡存在下,在DMF或DMSO溶剂中反应得到.

优点:该保护基很容易引入,且对酸,碱,氧化剂和还原剂都很稳定.

缺点:难于脱保护,用氢卤酸回流脱保护基条件比较剧烈,常使分子遭到破坏,只有当分子中其他部位没有敏感基团时才适用.

2.1 转变成醚

叔丁醚

将醇的二氯甲烷溶液或悬浮液在 硫酸复合物存在下,在室温与过量的异丁烯作用,可得到叔丁醚.

优点:对碱及催化氢化是稳定的.

缺点:对酸敏感,其稳定性低于甲醚.由于脱保护基所用的酸性条件剧烈,当分子中存在对酸敏感的基团时不适用

2.1 转变成醚

三甲硅醚

三甲硅醚广泛用于保护糖类,甾类及其他醇羟基.通常引入三甲基硅基保护基所用的试剂有三甲基氯化硅和碱六甲基二硅氨烷.在含水醇溶液中加热回流即可除去保护基.

优点:醇的三甲硅醚对催化氢化,氧化还原反应是稳定的,该保护基可在非常温和的条件下引入和去除.

缺点:对酸和碱敏感,只能在中性条件下使用.

2.2 转变成缩醛或缩酮

2,3-二氢-4H-吡喃在酸的催化作用下,与醇类起加成反应,生成四氢吡喃醚衍生物.这是最常用的醇羟基的保护方法之一.此保护基广泛用于炔醇,甾类及核苷酸的合成中.

2.3 转变成酯

醇与酰卤,酸酐作用生成羧酸酯与氯甲酸作用生成碳酸酯.

所生成的酯在中性和酸性条件下比较稳定,因此可在硝化`氧化和形成酰氯时用成酯的方法保护羟基.保护基团可通过碱性水解除去,或在锌-铜的乙酸溶液中除去.

3.氨基的保护

伯胺和仲胺很容易被氧化,且易发生烃

基化,酰基化以及与醛酮羰基的亲核加成反

应.在合成中常采用:

(1)氨基质子化

(2)变为酰基衍生物

(3)变为烃基衍生物等方法将氨基保护起来

3.1 质子化

此方法仅用于防止氨基的氧化,因为理论上说

采用氨基质子化,即占据氮尚未共用电子对,以阻

止取代反应的放生.这是对氨基保护最简单的法.

3.2 转变为酰基衍生物

将氨基酰化转变成酰胺是保护氨常用的方法.通常伯胺酰基化已足以保护基,防止其被氧化和烃化反应的发生.常用的酰基化试剂为酰卤和酸酐.

保护基可在酸性和碱性条件下水解出去.

3.2 转变为酰基衍生物

邻苯二甲酸酐与伯胺所生成的邻苯二甲酰亚胺非常稳定,不受催化氢化碱性还原,醇解以及氯化氢,溴化氢,乙酸溶液的影响,也适用于保护伯胺.在酸性或碱性条件下水解或用肼解法脱去保护.

3.3 转变为烃基衍生物

用烃基保护氨基主要用三苯甲基或苯甲

基.

三苯甲基衍生物可用胺与溴或氯代三苯

甲烷在碱存在下制备.三苯甲基由于空间位

阻效应对氨基起到很好的保护作用,它对碱

是稳定的.

苯甲基衍生物用胺和氯化苯甲基在碱存

下制得.

4.羰基的保护

羰基具有许多反应性能,是有机化学中

最易发生反应的活性官能团之一.

保护羰基常用的方法:生成缩醛和缩酮

来降低羰基活性而保护羰基.

4.羰基的保护

保护醛酮羰基最常用的方法是通过乙二醇和2-疏基乙醇的反应,生成相应的叫做环缩醛或缩酮的产物.

5.羧基的保护

羰基通常用形成酯的方法保护.常见的有转变为甲酯,乙酯,叔丁酯,苯甲酯.

甲酯和乙酯可以用羧酸直接与甲醇或乙醇发生酯化反应制得,又可以被碱水解.

5.羧基的保护

叔丁酯可由羧酸先变为酰氯,再与叔丁醇作用,或者通过羧酸与异丁烯直接作用而得.它不能氢解,在通常条件下也不被氨解及碱催化水解.

5.羧基的保护

苯甲酯可由羧酸与苯甲基卤在碱性条件下反应而得.它除了可在强酸性或碱性条件下水解,还可以被氢解.

这个只是醇和醛的缩合反应，不是叫羟醛缩合。羟醛缩合是指含有a-H的醛的缩合反应。而醇可作为亲核试剂与羰基的碳发生缩合反应，生成物如图。

第一步生成半缩醛，两个羟基再缩合反应生成缩醛