绿色的铁催化剂用于糖羟基的高选择性保护

糖是生命体内重要的信息分子。很多生命活动都与糖和蛋白的特异性识别作用相关。糖科学的研究对阐明生命现象、重大疾病、糖药物开发至关重要。糖化学是糖科学的一个重要领域，为高效合成相关糖类分子（包括单糖、寡糖或糖缀合物）提供了重要方法和合成策略。由于糖分子空间结构复杂，且存在活性相近的多个羟基，保护及保护基策略一直是糖化学研究的核心问题之一。保护基策略主要是烷基化和酰基化。保护策略研究的核心是糖羟基的选择性保护问题。其中一种最常用的策略是基于有机锡试剂（特别是二丁基氧化锡）的羟基高选择性保护的方法。由于该方法操作简便、选择性高、底物适用性广，已广泛应用多年。然而该策略使用与底物等量的有机锡试剂，有机锡试剂存在毒性，目前其购买和使用在实验室中已受到严格的限制。开发绿色无毒、廉价易得的试剂替代有机锡试剂应用于糖羟基的选择性保护是糖化学研究面临的一个重要挑战。

华中科技大学的董海（点击查看介绍）团队近期开发的基于铁的试剂很好地应对了上述挑战。早在2012 年，该团队通过研究二丁基氧化锡导致羟基保护高选择性的机理，首次提出其保护的选择性取决于二丁基氧化锡与相邻两羟基生成环状缩醛结构的立体构型及立体电子效应（J. Org. Chem., 2012, 77, 1457），并说明任何试剂只要可与相邻两羟基生成类似的缩醛结构，都可以完成与二丁基氧化锡方法同样选择性的保护模式和结果，为寻找绿色廉价的试剂、完全替代有机锡试剂的使用指明了方向。该团队首先尝试使用绿色的有机硅试剂来取代有机锡试剂，但发现仅能将其应用于羟基的选择性酰基化（Chem. Commun., 2012, 48, 5370）。随后他们发现还可以利用绿色的羧酸盐来催化羟基的选择性酰基化（J. Org. Chem., 2013, 78, 11618; J. Org. Chem., 2014, 79, 8134）。对于糖羟基的选择性烷基化，他们发展了使用催化量有机锡试剂的策略（Adv. Synth. Catal., 2014, 356, 1735）。在这些研究的基础上，该团队最终发现一类绿色基于铁的试剂无论在糖羟基的选择性酰基化还是烷基化中，都可以完全取代有机锡试剂。

2016年，该团队首先成功将Fe(dibm)₃ [dibm, 2,6-二甲基-3,5-庚二酮]试剂应用于羟基的选择性烷基化中，用量仅为底物的5-10%（Chem. Eur. J., 2016, 22, 2481）。底物适用性、选择性及选择性保护的模式都与有机锡的方法基本一致。该团队近期又成功将该类试剂应用于羟基的高选择性酰基化。酰基化利用更为廉价易得的Fe(acac)₃（acac，乙酰丙酮）作为催化剂，乙酰丙酮铁的用量仅为底物的10%。他们使用N,N'-二异丙基乙胺作为碱，反应加入稍过量的酰化试剂，于乙腈中室温条件下进行四至八小时。该方法的选择性及选择性保护的模式也与有机锡试剂的方法基本一致，适用于含有顺式二醇构型的糖。研究发现，酰基迁移会影响反应的选择性，故可通过降低反应温度以及体系的碱性抑制酰基迁移，从而提高反应的选择性。他们推测反应的机理可能是铁催化剂与顺式二醇生成环状缩醛结构，从而导致与有机锡方法类似的保护模式。这类催化剂廉价易得、绿色无毒，在应用于羟基的选择性保护方面具有无可比拟的优势。

乙酰丙酮铁应用于选择性酰基化的成果近期发表在Green Chemistry上，文章的第一作者是华中科技大学的博士研究生吕健。

该论文作者为：Jian Lv, Jian-Tao Ge, Tao Luo and Hai Dong

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

An inexpensive catalyst, Fe(acac)₃, for regio/site-selective acylation of diols and carbohydrates containing a 1,2-cis-diol

Green Chem., 2018, 20, 1987, DOI: 10.1039/C8GC00428E

导师介绍

董海

http://www.x-mol.com/university/faculty/10708