羰基的保護（下）
羰基的保護（下）(Protection of Carbonyl Group) (II)
國立臺灣師範大學化學系四年級 趙崇瀚
連結：羰基的保護（上）
對於羰基的保護基有了初步的認識以後，我們便能針對不同保護基的穩定性進行討論。本篇文章僅討論最常見由甲醇形成的縮酮、二醇類形成環縮酮（乙二醇、1, 3-丙二醇）及由二硫醇類形成的環縮酮（乙二硫醇、1, 3-丙二硫醇）進行討論。（圖十） 一般而言，羰基保護基對於鹼性環境都有良好的抗性，只有在某些特定的酸性或氧化、還原條件之下，保護基才會產生改變。
圖十、常見的羰基保護基 （作者繪製）
首先討論由甲醇形成的縮酮保護基，其反應條件為利用少量的甲苯磺酸或鹽酸作為酸性環境來源，將含羰基化合物與甲醇進行反應（圖十一）。為了使反應進行完全，通常會加入分子篩除水，或是加入過量的甲醇使反應的平衡向右。
圖十一、以甲醇將羰基上保護之流程（作者繪製）
由甲醇所形成的保護基的保護效果很好，只有在酸性條件下會被水解成原本的羰基，除此之外不容易受到強鹼、親核劑、親電子劑、氧化或還原劑的作用（表一）。故其常用的去除保護基的條件即是利用甲苯磺酸作為酸性環境來源，以一般的有機溶劑（如丙酮）作為溶劑，在室溫下反應即可得到去保護的產物。
表一、以甲醇作為保護基在各條件穩定性之整理（資料來源：參考資料 4）
接著考慮由二醇類化合物（乙二醇、1, 3-丙二醇）所形成保護基的狀況，其反應條件為利用少量的甲苯磺酸作為酸性環境的來源，將含羰基化合物與二醇類化合物作用，以甲苯為溶劑加熱並迴流，並搭配 Dean-Stark 裝置將反應中所脫除的水給去除。（圖十二）
圖十二、以二醇類化合物將羰基上保護之流程（作者繪製）
由二醇類化合物所形成的保護基的穩定性，相較由甲醇所形成的保護基來的差，在 pH = 4 的環境下即有可能水解。此外在有 Br2 及 Cl2 或極強氧化劑的條件之下，也較不穩定（表二）。而一般用來去除保護基的條件為利用少量的甲苯磺酸作為酸性環境來源，以丙酮作為溶劑，在室溫下反應即可去除保護基。
表二、以二醇類作為保護基在各條件穩定性之整理（資料來源：參考資料 4）
最後我們考慮由二硫醇類化合物（乙二硫醇、1, 3-丙二硫醇）所形成的保護基。其反應條件為在布忍斯特酸 (Brönsted acid) 或路易士酸的催化下，將含羰基化合物與二硫醇類化合物反應，以二氯甲烷作為溶劑，其中常用的布忍斯特酸為甲苯磺酸，而常用的路易士酸為三氟化硼乙醚 (boron trifluoride etherate)。（圖十三）
圖十三、以二硫醇類化合物將羰基上保護之流程（作者繪製）
與二醇類所形成保護基相比，二硫醇是較好的親核劑，因此更容易形成縮硫酮保護基，反應的過程甚至不一定要除水，而且時常是在有水的環境下進行。此外，含羰基化合物與二硫醇所形成的縮醛、縮酮化合物是有機合成中重要的中間體，其可進行下列兩種反應：(1) 縮醛化合物與鹼作用可去質子化而產生親核性，而這是一般縮醛所沒有的性質；(2) 在雷尼鎳的催化下，縮硫酮被還原成亞甲基。（圖十四）
圖十四、縮硫醛常見之化學反應（作者繪製）
縮硫酮之保護基對於酸鹼有較好的耐受性，然而在許多氧化劑、還原劑的條件下，其保護功能卻容易失效，也因此去除縮硫酮保護基往往需要嚴苛的條件（強氧化劑、強還原劑、強酸、強鹼）（表三）。此外而且因為其含有硫原子，會對金屬催化劑產生毒化作用，使其失去效果，故往往需要較大量的催化劑。
表三、以二硫醇類作為保護基在各條件穩定性之整理（資料來源：參考資料 4）
本文僅對羰基常見的保護基作介紹，實際在有機合成所碰上的情況會遠比本文探討之例子複雜許多，而對於不同的保護基之特性有所了解之後，才能對於不同的條件選擇適當的保護基，並順利地合成出預期的目標產物。
參考文獻
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- Carbonyl protecting groups — Organic-reaction.http://www.organic-reaction.com/organic-synthesis/protecting-groups/carbonyl-protecting-groups/
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