羧基和羟基保护的新方法

羧基和羟基是有机化学领域基本的两种官能团，也是生物体内常见的基团。因此，羧基和羟基的官能团保护毫无疑问具有非常重要的科学意义和实用价值。羧基和羟基常见的保护方法一般是酯化反应，中国科学院福建物质结构研究所的鲍红丽课题组报道了一种羧基和羟基保护的新方法。

传统的酯化反应一般使用化学计量的酸或碱作为助剂，导致产生大量的盐废物，复杂化后处理过程并且污染环境。作者发展的方法在不需要酸或碱、温和的情况下使用铁催化剂实现了羧酸和羟基的官能团保护。该方法操作方便、后处理非常简单，对大部分底物来说只需要抽滤旋干就能得到纯度较高的目标产物。底物同时含有羧基和羟基时，反应能一锅法同时实现两种官能团的保护。该方法非常高效，TON可高达6700(图1)。

图1. 铁催化羧基和羟基的官能团保护

研究发现，反应只需使用很少量的溶剂，并且铁催化剂的用量只需要1 mol%。吸电子和给电子取代基修饰的苯甲酸在甲基化反应中都具有良好的兼容性，脂肪酸在标准反应条件下也可以兼容，生成相应的目标产物。一级、二级、三级羧酸都能利用该反应得到相应的酯化产物。值得一提的是，大多数情况下反应后可以直接通过过滤、减压除去溶剂的方法得到纯度较高的甲基化产物（图2）。

图2. 羧酸底物的适用性考察

在铁催化剂的作用下，反应以乙酸异丙烯酯作为底物可以实现羟基的乙酰基化保护。该催化体系适用于100 mmol量级的大规模反应。当使用0.01 mol%的三氟甲磺酸铁作为催化剂时，苯酚的乙酰基化反应可以获得6700 TON的转化数，由此证明反应中的铁催化剂具有相当高催化效率。不同复杂的分子都能很好地参与该反应并得到良好的收率。多种胺类化合物也能以中等到良好的收率实现胺的乙酰基化反应（图3）。

图3. 酚和醇底物的适用性考察

为了更深入地研究反应的实用性，作者还尝试了利用一锅法同时保护羧基和羟基（图4）。

图4. 一锅法同时保护羧基和羟基

基于实验结果，作者提出了如下可能的机理（图5）：如催化循环A所示，三价铁作为路易斯酸活化羧酸以促进甲基叔丁基醚的亲核进攻。异丁烯和水解离促进甲基化产物3的形成和三价铁催化剂的再生。在催化循环B中，乙酸异丙烯酯在三氟甲磺酸的催化下活化，更容易受到酚或醇的亲核进攻。形成丙酮后，反应得到乙酰化产物6并重新生成三价铁催化剂。

图5. 可能的催化循环机理