苄基(Bn)、对甲氧基苄基(PMB)是醇类常用保护基,PMB 可通过 DDQ、CAN 室温氧化脱保护,但Bn 醚的苄位 C−H 键更难氧化,传统氧化脱保护需加热或光照,常规方法以催化氢解为主,无法兼容烯烃、炔烃、硝基等氢化敏感基团。TEMPO、AZADO 等氮氧自由基是醇氧化高效催化剂,但氧化醚 C−H 键时,其生成的氧铵盐作为氢负离子受体活性极低,难以用于苄基醚脱保护。2023年,Shohei Hamada等人报道了使用氮氧自由基催化剂 1 与共氧化剂双三氟乙酸碘苯(PIFA)实现苄基(Bn)的氧化脱保护。该催化剂因催化活性中心邻位具有吸电子酯基的电子调控效应,对苄基醚的氧化表现出高活性;该催化体系可在室温下完成脱保护,底物适用范围广泛,包括含氢化敏感官能团的底物,而使用 TEMPO 等经典氮氧自由基催化剂时脱保护几乎无法进行。1/PIFA 体系还可实现 2-萘甲基(NAP)、4 - 甲基苄基(MBn)等多种苄基型保护基的脱保护。使用过量共氧化剂 PIFA 时,催化剂 1 还能将苄基醚经脱保护醇中间体直接合成酮和醛。【J. Org. Chem. 2023, 88, 12464–12473;https://doi.org/10.1021/acs.joc.3c01217】实验条件优化标准条件:以 O-苄基-3-苯基丙醇(2a)为底物,10 mol% 催化剂 1、1.1 equiv PIFA、4 equiv NaHCO₃,二氯甲烷为溶剂,室温反应 3 h,目标醇 3a 的NMR 收率 94%。催化剂筛选:替换为 PIDA(双乙酸碘苯),转化率仅 6%,收率<5%;催化剂酯基数量减少,收率同步下降;TEMPO、PROXYL、Nor-AZADO 无酯基调控,收率仅 5%~11%;4-氧代-TEMPO、DDQ 均无明显催化效果。溶剂筛选:CPME、氯苯、乙腈、DMF 均导致收率显著下降,二氯甲烷为最优溶剂。底物适用范围
脂肪族醇:伯醇(2a−2c)收率 71%~89%,仲醇(2d)收率 89%;大位阻环状仲醇(2e−2g)收率 73%~92%,叔醇(2h)收率 73%(需加 2 equiv H₂O 抑制碳正离子副反应)。保护基兼容性:乙酰基(2i)、甲氧基甲基(2j)、叔丁基二苯基硅基(2k)在体系中稳定,收率 67%~90%。氢化 / 氧化敏感基团:烯烃(2l,88%)、炔烃(2m,89%)、硝基(2n,93%)、Cbz 保护基(2o,32%)、羟基(2p,53%)均不受影响,体现氧化条件的化学选择性优势。苄基 / 烯丙基 / 炔丙基醇:易发生过度氧化,但大位阻苄醇(2u)仍以 69% 收率得到产物;酚醚(2v)因酚易被氧化,收率较低。克级反应验证:苄基保护的苯甲酸雌二醇(2g)1.00 g 规模反应,分离收率 83%,证明方法实用性。苄基型保护基脱保护:2 - 萘甲基(NAP),收率 73%;4 - 甲基苄基(MBn),收率 76%;苄氧基型保护基(PMBOM、NAPOM、BOM),因氧原子吸电子效应降低苄位 C−H 活性,收率 23%~46%。苄基醚一步氧化为羰基化合物:使用2.2 equiv PIFA、2 equiv H₂O,催化剂 1 可将脱保护生成的醇进一步氧化。脂肪族仲苄基醚,酮产物收率 79%~91%;苄基型醚,醛 / 酮收率 83%~91%;脂肪族伯醚,醛收率 43%(活性较低);环状苄基醚,仅 27% 收率,副产物较多。反应机理与理论计算
催化循环:1、催化剂1被PIFA 氧化为氧铵盐 A ;2、 A 作为强亲电氢负离子受体,攫取苄基醚苄位氢,生成羟胺 B 与氧碳正离子 C ;3、水加成 C得到脱保护醇;4、过量 PIFA 下,醇被进一步氧化为羰基化合物。DFT 计算验证:PMB 醚向 A 转移氢的活化能为 16.5 kcal/mol,Bn 醚为 18.3 kcal/mol,均室温下可自发进行,且 PMB 醚活性高于 Bn 醚,与实验选择性一致。实验操作
General Procedures for Oxidative Deprotection of Benzylic Groups by 1/PIFA . Method I. PIFA(1.1 equiv) was added to a mixture of Bn ether 2 (1 equiv), 1 (10 mol%), and NaHCO3 (4 equiv) in CH2Cl2 (0.1 M). The resulting mixture was stirred for 3 h at room temperature. The reaction was then quenched with saturated aq. Na2S2O3 and extracted with AcOEt. Subsequently, the organic layer was dried over Na2SO4 and filtered; the filtrate was concentrated under reduced pressure. The thus obtained residue was purified using MPLC, column chromatography on silica gel, or PTLC to produce alcohol 3.
Method II. PIFA (1.1 equiv) was added to a mixture of Bn ether 2 (1 equiv), 1 (10 mol %), NaHCO3 (4 equiv), and H2O (2 equiv) in CH2Cl2 (0.1 M). The resulting mixture was stirred for 3 h at room temperature. The reaction was then quenched with saturated aq.Na2S2O3 and extracted with AcOEt. Subsequently, the organic layer was dried over Na2SO4 and filtered; the filtrate was concentrated under reduced pressure. The thus obtained residue was purified by MPLC, column chromatography on silica gel, or PTLC to produce alcohol 3.