Boc-酸酐的应用简介

Boc-酸酐又称为二碳酸二叔丁酯，分子式C10H18O5，分子量为218.25，沸点为185.2℃，其结构式如图一所示。

图一

Boc-酸酐在有机合成中往往用作引入叔丁氧羰基保护基，特别适用于氨基酸中氨基的保护[1]。广泛应用于医药、蛋白质及多肽合成、生物化学、食品、化妆品等多种产品的合成中。本文将简单介绍Boc-酸酐引入与脱除Boc保护基的方法和机理。

Boc保护基的引入

氨基上利用Boc-酸酐来上Boc的策略有很多，通常用到的无机碱为NaOH、NaHCO3；有机碱为三乙胺等；溶剂常为二氧六环、水或者醇。有些亲核性低的胺需要加dmap作为催化剂。

例如，Joseph A.报道了利用2-氨基-1-(4-溴苯基)乙基-1-酮与Boc-酸酐在有机碱三乙胺下，常温过夜搅拌就可以以几乎定量的收率得到上Boc保护基的产物。反应条件温和，收率高[2]。

图二

而磺酰胺类的底物可能是由于磺酰基的强吸电子作用导致氨基的亲核性不高，从而在上Boc的反应中需要加入催化量的dmap(4-二甲氨基吡啶)催化[3]，例如图三。

图三

当底物中同时含有两个氨基时，上Boc的反应往往具有选择性[4]。例如图四，Boc-酸酐在碳酸氢钠碱性条件下，以97%收率单一的在脂肪胺上Boc。这是因为脂肪胺的碱性、亲核性强于芳香胺；而芳香胺邻位卤素氯是弱吸电子基团，进一步降低了芳香胺的亲核性。

图四

此外，文献调研发现，在质子性溶剂中，例如甲醇、乙醇，有些脂肪胺或者芳香胺可以在不加碱的情况下，高收率的得到上Boc的产物[5]。例如图五所示。 

 图五

作者提出了可能的机理：在质子性溶剂存在的情况下，Boc酸酐可以与醇形成氢键，从而起到了活化羰基的作用。如图六所示。

图六

使用乙醇为溶剂时，除了无碱上Boc，还可以与Z-OSu或者Fmoc-OSu反应，上相应的保护基。

Boc保护基的脱保护

Boc保护基是一个对酸敏感的基团，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）。而在固相肽合成中，由于TFA会带来一些副反应（如在得到的胺上上一个三氟乙酰基等），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。脱保护的反应式如图七所示。

图七

酸性条件下，脱保护的机理如图八所示。质子酸活化叔丁氧羰基，释放二氧化碳，得到相应的胺以及叔丁基正离子。叔丁基正离子重排得到异丁烯。当体系中含有醇或羧酸时，可以被叔丁基正离子捕获，得到相应的副产物。

图八

本文简单的介绍了Boc-酸酐的性质，以及用作Boc保护基引入与脱除时的一些注意事项。

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参考文献:

[1] Chankeshwara, S. V.; Chakraborti, A. K. Org. Lett. 2006, 8, 3259-3262.

[2] Niu, X.; Joseph, A. Bioorg. Med. Chem. Lett, 2010, 20, 4812-4815.

[3] ; ; ; ; ;  

Synlett, 2006, 5, 725-728.

[4] WO2012/22792, 2012, A1.

[5] Tirayut, V. Terahedron Lett. 2006, 47, 6739-6742.