CN101993451A - 合成二烷氧基有机硼烷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及合成二烷氧基有机硼烷的方法，特别是涉及通过酯交换反应合成二烷氧基有机硼烷的方法。而且，本发明涉及合成有机硼杂唑烷催化剂(有机-CBS)和三烷基环硼氧烷的方法。此外，本发明涉及使用二烷氧基有机硼烷制备有机-CBS催化剂的方法和在Suzuki型偶联反应中使用二烷氧基有机硼烷的方法。
Description
本申请是申请日为2006年6月9日、发明名称为“合成二烷氧基有机硼烷的方法”的中国发明专利申请200680021107.8的分案申请。
发明领域
本发明涉及合成二烷氧基有机硼烷的方法，特别是涉及通过酯交换反应合成二烷氧基有机硼烷的方法。而且，本发明涉及合成有机硼杂唑烷(oxazaborolidine)催化剂(有机-CBS)和三烷基环硼氧烷的方法。此外，本发明涉及使用二烷氧基有机硼烷制备有机-CBS催化剂的方法和在Suzuki型偶联反应中使用二烷氧基有机硼烷的方法。
发明背景
二烷氧基有机硼烷是有机合成中的通用试剂并且已经例如用于不同的领域，如抗生素、杀虫剂和有机氢硼化物的合成。二烷氧基甲基硼烷可以潜在地用于合成甲基取代的手性硼杂
唑烷(已知为MeCBS，以Corey，Bakshi and Shibata命名，参见Corey，E.J.等人，Angew.Chem.Int.Ed.，37，1986-2012(1998))，其为用于酮还原反应的有效对映体选择性催化剂。二烷氧基有机硼烷的另一个潜在应用是在Suzuki型偶联反应中，在形成新C-C键时在分子中引入有机基团(Miyaura，N.；Suzuki，A.，Chem Rev.95，2457-2483(1995))。
US 5,463,131描述了通过在烯烃存在下使过量的硼酸三烷基酯与乙硼烷反应制备二烷氧基烷基硼烷，例如：
4B(OR)3+B2H6+6C2H4-------→6Et-B(OR)2 (R为烷基)
当然，二烷氧基甲基硼烷不能通过该方法制备。
另一种生产二烷氧基烷基硼烷的方法包括烷基硼酸(Brown，H.C.等人，Organometallics 2(10)，1311-1316(1983)，Brown，H.C.等人，Organometallics 2(10)，1316-1319(1983))或三烷基环硼氧烷(Dahlhoff，W.V.等人，Liebigs Ann.Chem.8，807-810(1990))与合适的醇的酯化。
R-B(OH)2+2R′OH----→R-B(OR)2+2H2O
(R-BO)3+6R′OH----→3R-B(OR)2+3H2O (R、R′为烷基)
在这些反应中产生了水，其非常经常地妨碍产品的进一步应用，即使只残留痕量水。
水对可由二烷氧基烷基硼烷制备的烷基-CBS催化剂的功能尤其有害。由于这个原因，Corey建议使用二(三氟乙氧基)烷基硼烷合成乙基-和正丁基-CBS衍生物以避免作为副产物的水的形成(Corey，E.J.等人，Tetrahedron Lett.33(29)，4141-4144(1992))。使用二(二烷基氨基)烷基硼烷合成烷基-CBS催化剂也已有描述(Chavant，P.Y.等人，J.Organomet.Chem.455，37-46(1993))，然而这些都是相当昂贵的试剂。
本发明的目的是提供制备二烷氧基有机硼烷的简单且有效的方法。在此方法中，应避免形成水或其它难以处理或除去的副产物。本发明的另一个目的是建立使用二烷氧基有机硼烷生产有机硼杂
唑烷催化剂(有机-CBS)的方法。另外，应开发一种制备三烷氧基环硼氧烷的新型有效方法。
发明概述
相应地，本发明提供了一种制备式R1-B(OR2)2的二烷氧基有机硼烷的新方法，包括式(R1-BO)3的三有机环硼氧烷与式B(OR2)3的硼酸三烷基酯反应的步骤(其中R1和R2将在下文中定义)。此外，公开了使用二烷氧基有机硼烷作为原料制造有机-CBS催化剂和制造三烷氧基环硼氧烷的改进方法。另外，提供了使用二烷氧基有机硼烷制备有机-CBS催化剂的新方法和在Suzuki型偶联反应中使用二烷氧基有机硼烷的新方法。
发明详述
根据本发明，合成式R1-B(OR2)2的二烷氧基有机硼烷(3)的方法涉及式(R1-BO)3的三有机环硼氧烷(1)与式B(OR2)3的硼酸三烷基酯(2)之间的酯交换反应，
其中
R1为C1-C20烷基、C3-C10环烷基、C6-C14芳基、C7-C24芳烷基、C7-C24烷芳基、C2-C20链烯基、C5-C15环烯基、C2-C20炔基、CH2SiMe3、取代的C1-C20烷基
和
R2为C1-C20烷基，
或者化合物2或3中的两个R2基团和-BO2-部分一起形成下式的环状结构：
其中二价基团R3选自-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH2CH2-、-CH(CH3)CH(CH3)-、-CH(CH2CH3)CH2-、-C(CH3)2C(CH3)2-、-CH2C(CH3)2CH2-、-(CH2)6-、邻-C6H4或邻-C6H3烷基。
由于R3为如上定义的二价基团，硼酸三烷基酯(2)可具有如下双核结构：
所得二烷氧基有机硼烷(3)可具有如下环状结构：
优选的由本发明方法制备的衍生物为式R1-B(OR2)2的二烷氧基有机硼烷(3)，其中R1为甲基、乙基、正丙基、异丙基或正丁基并且R2为异丙基或正丁基。
反应优选在排除空气和水分的条件下进行。二烷氧基有机硼烷(3)优选通过蒸馏从反应混合物中分离。反应优选在至少一种非配位溶剂存在下进行。可使用任何非配位溶剂或其混合物，优选具有不同于(高于或低于)制备的二烷氧基有机硼烷(3)的沸点以利于其易从产物中分离。例如，可使用两种沸点低于化合物(3)的溶剂的混合物。例如也可使用两种沸点高于化合物(3)的溶剂的混合物，而使用沸点低于和高于待制备的二烷氧基有机硼烷(3)的溶剂的混合物也是有利的。在大多数情况下，可以仅使用一种溶剂。实例是四氢呋喃(THF)、乙醚、叔丁基甲基醚、己烷、戊烷、甲苯或苯，优选THF或甲苯。
合成的温度范围为-20℃至+120℃，优选0℃至60℃，更优选在大约环境温度如20至30℃。合成通常在0.1巴至5巴的压力下进行，优选常压。产物的蒸馏分离可以在0.01巴至1巴的压力下进行，优选常压。
三有机环硼氧烷1与硼酸烷基酯2的摩尔比可以在宽的范围内变化。然而，优选摩尔比在大约1∶2至1∶4的范围，优选大约1∶3。
此外，当R1为甲基时，可以在预先步骤中原位制备三甲基环硼氧烷(1a)，然后使(1a)与式B(OR2)3的硼酸三烷基酯(2)反应，优选在同一个反应器中进行。在这种情况下，乙硼烷气体与一氧化碳在THF溶液中反应，产生所需的式(H3C-BO)3的(1a)(方案1，Brown，H.C.Organometallics 4，816(1984)，Rathke，M.W.；Brown，H.C.J.Am.Chem.Soc.88，2606(1966))。
方案1
因此，本发明的另一个实施方案是制备式H3C-B(OR2)2的二烷氧基甲基硼烷(3a)的方法，包括如下步骤：
a)乙硼烷与一氧化碳在溶剂中反应形成式(H3C-BO)3的三甲基环硼氧烷1a，
b)三甲基环硼氧烷(1a)与式B(OR2)3的硼酸三烷基酯(2)反应，和
c)通过蒸馏从反应混合物中分离二烷氧基甲基硼烷，
其中R2为C1-C20烷基
或者化合物(2)中的两个R2基团和-BO2-部分一起形成下式的环状结构：
其中二价基团R3选自-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH2CH2-、-CH(CH3)CH(CH3)-、-CH(CH2CH3)CH2-、-C(CH3)2C(CH3)2-、-CH2C(CH3)2CH2-、-(CH2)6-、邻-C6H4或邻-C6H3烷基。
根据本发明的另一个实施方案，式(R2O-BO)3的三烷氧基环硼氧烷(4)的合成涉及式(R1-BO)3的三有机环硼氧烷(1)和式B(OR2)3的硼酸三烷基酯(2)之间的酯交换反应，
其中
R1为C1-C20烷基、C3-C10环烷基、C6-C14芳基、C7-C24芳烷基、C7-C24烷芳基、C2-C20链烯基、C5-C15环烯基、C2-C20炔基、CH2SiMe3、取代的C1-C20烷基，
和
R2为C1-C20烷基。
根据本发明，二烷氧基有机硼烷(3)可用于合成有机硼杂
唑烷催化剂(有机-CBS)。
因此，本发明的另一目的是制备结构式(6)的有机硼杂
唑烷的方法：
包括如下步骤：
a)式(5)的1，2-氨基醇
HNR4-CR5R6CR7R8-OH (5)
其中
R4至R8为氢、C1-C20烷基、C6-C14芳基、C7-C24芳烷基、C7-C24烷芳基、取代的C1-C20烷基
或者R4和R5这两个基团一起是选自-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH2CH2-、-CH(CH3)CH(CH3)-、-CH(CH2CH3)CH2-、-C(CH3)2C(CH3)2-、-CH2C(CH3)2CH2-的二价基团以与-NH-CR6-部分形成环状结构，
与式R1-B(OR2)2的二烷氧基有机硼烷3反应，其中
R1为C1-C20烷基、C3-C10环烷基、C6-C14芳基、C7-C24芳烷基、C7-C24烷芳基、C2-C20链烯基、C5-C15环烯基、C2-C20炔基、CH2SiMe3、取代的C1-C20烷基
和
R2为C1-C20烷基，
或者化合物(3)中的两个R2基团和-BO2-部分一起形成下式的环状结构：
其中二价基团R3选自-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH2CH2-、-CH(CH3)CH(CH3)-、-CH(CH2CH3)CH2-、-C(CH3)2C(CH3)2-、-CH2C(CH3)2CH2-、-(CH2)6-、邻-C6H4或邻-C6H3烷基，
和
b)加热反应混合物以完成环合反应并且蒸馏出形成的醇。
在此方法中，优选使用手性1，2-氨基醇(5)。手性1，2-氨基醇的特征在于存在至少一个不对称碳原子。优选使用具有不同R5和R6基团和/或不同R7和R8基团的1，2-氨基醇(5)。
方案2显示了使用二异丙氧基甲基硼烷(3b)从(S)-二苯基脯氨醇(prolinol)(5a)制备(S)-MeCBS(6a)的方法(参见US 4,943,635)。作为副产物产生了易于从所述催化剂中去除的异丙醇而不是水。
方案2
在上述方法的步骤b)中将反应混合物加热至足以在短时间内，优选少于3小时内完成环合反应的温度。这通常通过在常压下将反应混合物加热至所用溶剂或溶剂混合物的回流温度实现。此步骤的常规温度范围在大约环境温度至约+120℃。
本方法通常在0.1巴至0.5巴的压力下进行，优选常压。形成的醇的蒸馏分离通常可在0.01巴至1巴的压力下进行，优选常压。
二烷氧基有机硼烷的另一个潜在应用是在Suzuki型C-C键偶联反应中将有机基团转移至分子中。
如在本发明中所用，术语“烷基”表示包含1至20个碳原子的支化或未支化或环状饱和烃基；实例是甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、异戊基、仲戊基、1，2-二甲基丙基、1，1-二甲基丙基、己基、4-甲基戊基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、1，1-二甲基丁基、2，2-二甲基丁基、3，3-二甲基丁基、1，2-二甲基丁基、1，3-二甲基丁基、1，2，2-三甲基丙基、1，1，2-三甲基丙基、庚基、5-甲基己基、1-甲基己基、2，2-二甲基戊基、3，3-二甲基戊基、4，4-二甲基戊基、1，2-二甲基戊基、1，3-二甲基戊基、1，4-二甲基戊基、1，2，3-三甲基丁基、1，1，2-三甲基丁基、1，1，3-三甲基丁基、辛基、6-甲基庚基、1-甲基庚基、1，1，3，3-四甲基丁基、壬基、1-、2-、3-、4-、5-、6-或7-甲基辛基、1-、2-、3-、4-或5-乙基庚基、1-、2-或3-丙基己基、癸基、1-、2-、3-、4-、5-、6-、7-和8-甲基壬基、1-、2-、3-、4-、5-或6-乙基辛基、1-、2-、3-或4-丙基庚基、十一烷基、1-、2-、3-、4-、5-、6-、7-、8-或9-甲基癸基、1-、2-、3-、4-、5-、6-或7-乙基壬基、1-、2-、3-、4-或5-丙基辛基、1-、2-或3-丁基庚基、1-戊基己基、十二烷基、1-、2-、3-、4-、5-、6-、7-、8-、9-或10-甲基十一烷基、1-、2-、3-、4-、5-、6-、7-或8-乙基癸基、1-、2-、3-、4-、5-或6-丙基壬基、1-、2-、3-或4-丁基辛基、1-、2-戊基庚基和异松蒎基。优选的烷基基团是甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、异戊基、仲戊基、1，2-二甲基丙基、1，1-二甲基丙基。
术语“环烷基”表示包含3至10个碳原子并包括单环或多环结构部分的饱和烃基。实例是环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基、环辛基、环壬基或环癸基。优选的环烷基是环丙基、环戊基和环己基。
术语“取代烷基”表示其中至少一个氢原子被卤素原子如氟、氯、溴或碘替代或者被烷氧基代替的烷基。
术语“烷氧基”代表由具有1至20个碳原子的脂族单醇衍生的基团。
术语“链烯基”表示包含2至20个碳原子并包括至少一个碳碳双键的直链或支化不饱和烃基。实例是乙烯基、烯丙基、1-甲基乙烯基、丁烯基、异丁烯基、3-甲基-2-丁烯基、1-戊烯基、1-己烯基、3-己烯基、1-庚烯基、3-庚烯基、1-辛烯基、1-壬烯基、2-壬烯基、3-壬烯基、1-癸烯基、3-癸烯基、1，3-丁二烯基、1，4-戊二烯基、1，3-己二烯基、1，4-己二烯基。优选的链烯基是乙烯基、烯丙基、丁烯基、异丁烯基和1，3-丁二烯基。
术语“环烯基”表示包含5至15个碳原子并包括至少一个碳碳双键和单环或多环结构部分的不饱和烃基。实例是环戊烯基、1-甲基环戊烯基、环己烯基、环辛烯基、1，3-环戊二烯基、1，3-环己二烯基、1，4-环己二烯基、1，3-环庚二烯基、1，3，5-环庚三烯基和1，3，5，7-环辛四烯基。
术语“炔基”表示包含2至20个碳原子并包括至少一个碳碳叁键的直链或支化不饱和烃基。炔基的实例包括乙炔基、2-丙炔基和2-或3-丁炔基。
术语“芳基”表示包含6至14个碳原子并且包括至少一个芳环体系如苯基或萘基或任何其它芳环体系的不饱和烃基。邻-C6H4表示在儿茶酚型衍生物中出现的二价芳基基团。
术语“芳烷基”表示芳基取代的烷基，其包含7至24个碳原子并包括例如苯基、萘基或烷基取代的苯基或烷基取代的萘基或任何其他芳环体系。芳烷基的实例包括苄基、1-或2-苯基乙基、1-、2-或3-苯基丙基、3，5-二甲苯甲基和2-、3-或4-甲基苄基。
术语“烷芳基”表示烷基取代的芳基，其包含7至24个碳原子并包括例如苯基或萘基或烷基取代的苯基或烷基取代的萘基或任何其他芳环体系和如上定义的烷基取代基。烷芳基的实例是2-、3-或4-甲基苯基、2-、3-或4-乙基苯基和2-、3-、4-、5-、6-、7-或8-甲基-1-萘基。邻-C6H3烷基表示在儿荼酚型衍生物中出现的烷基取代的二价芳基基团。
实施例：
以下实施例阐明本发明但不限制本发明。
实施例1：二异丙氧基甲基硼烷的合成
在氮气下，将硼酸三异丙基酯(110g，0.585mol)加入三甲基环硼氧烷(55mL的50重量％的三甲基环硼氧烷THF溶液，0.20mol)中，并搅拌5分钟。将得到的透明溶液加热以通过维格罗分馏柱蒸馏出所需的二异丙氧基甲基硼烷。第一馏分(22g，在66-71℃蒸馏)主要包含THF和少量的异丙醇。第二馏分(53g，在74-100℃蒸馏)包含81重量％的二异丙氧基甲基硼烷和19重量％的THF。第三馏分(24g，在100-112℃蒸馏)包含87重量％的二异丙氧基甲基硼烷和13重量％的三异丙氧基环硼氧烷。二异丙氧基甲基硼烷相对于所用硼酸酯的总收率是75.8％。
实施例2：合成二异丙氧基甲基硼烷，预先形成三甲基环硼氧烷
在压力反应器中，通过将乙硼烷(86g，3摩尔)和一氧化碳(过量)加入包含氢硼化锂催化剂(0.25g)的THF(150mL)中制备三甲基环硼氧烷。在气体加入过程中将反应温度保持低于50℃。部分乙硼烷被排出的过量CO从反应器中吹扫出，因此得到的溶液的最终量是197g。通过硼分析，得到的三甲基环硼氧烷在THF中的浓度是39.3重量％。将包含77g三甲基环硼氧烷的该溶液与硼酸三异丙基酯(348.8g，1.85mol)合并。将此混合物进行分馏。第一馏分(100mL，70-88℃)包含THF，二异丙氧基甲基硼烷和作为杂质的自燃三甲基硼烷，将其丢弃。馏分2(90mL，在88-98℃蒸馏)和馏分3(150mL，在98-120℃蒸馏)都主要包含二异丙氧基甲基硼烷(杂质＜5％)，估计收率为大约70％。
实施例3：甲基二正丁氧基硼烷的合成
将三甲基环硼氧烷(50mL的50重量％的THF溶液，170mmol)置于具有蒸馏头和接受器的圆底烧瓶中。加入硼酸三正丁基酯(92mL，340mmol)并将混合物搅拌30min。从三正丁氧基环硼氧烷中蒸出甲基二正丁氧基硼烷和THF。通过进一步蒸馏分离甲基二正丁氧基硼烷和THF，得到44g甲基二正丁氧基硼烷，收率为50％。
实施例4：由甲基二正丁氧基硼烷合成(S)-MeCBS
将(S)-二苯基脯氨醇(DPP)(0.58g，2.3mmol)和15mL的甲苯一起加入50mL装有蒸馏头和冷凝器并用氮气冲洗的三颈圆底烧瓶中。在保持惰性气氛下，经由注射器将甲基二正丁氧基硼烷(0.60g，2.3mmol)加入烧瓶中。在搅拌下将反应内容物加热到110℃1小时。当反应混合物的11B NMR谱显示形成中间体(δ＝9.7ppm)时，另外加入甲基二正丁氧基硼烷(0.06g，0.23mmol)，然后加热4小时。从透明反应混合液中蒸出所有甲苯和1-丁醇(共沸沸点106℃)。将甲苯加入残余物中。甲苯溶液的11B NMR谱显示(S)-MeCBS的形成完全(δ＝35ppm，宽的单峰)。产物的1H NMR谱(CDCl3)也显示没有残余(S)-DPP或未反应的甲基二正丁氧基硼烷。
Claims (3)
1.制备结构式(6)的有机硼杂
唑烷的方法：
包括如下步骤：
a)式(5)的1，2-氨基醇
HNR4-CR5R6CR7R8-OH (5)
其中
R4至R8为氢、C1-C20烷基、C6-C14芳基、C7-C24芳烷基、C7-C24烷芳基、取代的C1-C20烷基
或者R4和R5这两个基团一起是选自-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH2CH2-、-CH(CH3)CH(CH3)-、-CH(CH2CH3)CH2-、-C(CH3)2C(CH3)2-、-CH2C(CH3)2CH2-的二价基团以与-NH-CR6-部分形成环状结构，
与式R1-B(OR2)2的二烷氧基有机硼烷(3)反应，其中
R1为C1-C20烷基、C3-C10环烷基、C6-C14芳基、C7-C24芳烷基、C7-C24烷芳基、C2-C20链烯基、C5-C15环烯基、C2-C20炔基、CH2SiMe3、取代的C1-C20烷基
和
R2为C1-C20烷基，
或者化合物(3)中的两个R2基团和-BO2-部分一起形成下式的环状结构：
其中二价基团R3选自-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH2CH2-、-CH(CH3)CH(CH3)-、-CH(CH2CH3)CH2-、-C(CH3)2C(CH3)2-、-CH2C(CH3)2CH2-、-(CH2)6-、邻-C6H4或邻-C6H3烷基，
和
b)加热反应混合物以完成环合反应并且蒸馏出形成的醇。
2.根据权利要求1的方法，其中1，2-氨基醇(5)是手性的。
3.使用式R1-B(OR2)2的二烷氧基有机硼烷(3)制备有机硼杂
唑烷催化剂(有机-CBS催化剂)的方法，其中
R1为C1-C20烷基、C3-C10环烷基、C6-C14芳基、C7-C24芳烷基、C7-C24烷芳基、C2-C20链烯基、C5-C15环烯基、C2-C20炔基、CH2SiMe3、取代的C1-C20烷基
和
R2为C1-C20烷基，
或者化合物(3)中的两个R2基团和-BO2-部分一起形成下式的环状结构：
其中二价基团R3选自-CH2CH2-、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH2CH2-、-CH(CH3)CH(CH3)-、-CH(CH2CH3)CH2-、-C(CH3)2C(CH3)2-、-CH2C(CH3)2CH2-、-(CH2)6-、邻-C6H4或邻-C6H3烷基。
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