CN103524541A

CN103524541A - 一种9-硼双环(3,3,1)-壬烷(9-bbn)的制备方法

Info

Publication number: CN103524541A
Application number: CN201310397503.2A
Authority: CN
Inventors: 徐凤波; 张春来; 董建兰
Original assignee: Nankai University
Current assignee: Nankai University
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2014-01-22

Abstract

本发明提供了一种合成9-硼双环[3.3.1]壬烷(9-BBN)的新方法。用1，5-环辛二烯和硼烷为原料，在四氢呋喃溶剂中反应，以高达98％的收率合成9-硼双环[3.3.1]壬烷(9-BBN)。首先在反应瓶中加入粉碎的4A分子筛、四氢呋喃、1，5环辛二烯和四氯化锆，搅拌1小时后在0℃左右滴加硼烷的二甲硫醚络合物，滴加完成后回流反应4小时，将得到的产品降温到0℃保持3小时，过滤得到固体产品。该方法收率高，成本低，产品纯度高，操作简便，利于工业化，有很好的应用前景。

Description

一种9-硼双环(3,3,1)-壬烷(9-BBN)的制备方法

【技术领域】

本发明属于精细化工品领域，涉及一种9-硼双环(3，3，1)-壬烷的制备方法。

【背景技术】

9-硼双环(3，3，1)-壬烷(9-borabicyclo[3.3.1]nonane)简称9-BBN，CAS(化学物质登录号)：280-64-8，分子式：C₈H₁₅B，分子量：122.02。产品为晶体状固体，熔点140～142℃，沸点195℃(1599.9Pa)，常以二聚形式存在，其二聚物也是晶体，熔点150～152℃。较其他硼烷试剂相比，9-BBN具有很好的热稳定性和稳定性，在氮气流下加热200℃加热不发生变化，对空气中的氧也很稳定，在有空气存在的瓶子里保存两个月不降低硼原子的活性，但其对水敏感。商业化的9-BBN通常都是以THF溶液销售的。

硼氢化反应是烯烃与硼烷加成生成烃基硼烷。硼氢化反应按顺式加成进行，当底物为不对称烯烃时，加成总是按反Markovnikov规则进行，如9-BBN与不饱和烯烃加成反应时按Markovnikov规则加成收率高达99％，较单硼烷和其他二硼烷相比产率提高(附图1)。

继而衍生出的硼氢化试剂多种多样，如早期开始研究的二烷基硼烷二环己基硼烷(附图2)，二仲异丁基硼烷，9-硼二环[3.3.1]壬烷(9-BBN)；单硼烷试剂1，1，2-三甲基丙基硼烷；具有光学活性的硼氢化试剂单异松莰基硼烷，二异松莰基硼烷；杂原子取代的硼烷试剂有邻苯二酚基硼烷，单卤带和二卤代硼烷乙醚甲硫醚络合物；还有混合双取代硼烷1，1，2-三甲基丙基氯代硼烷。这些硼烷类化合物在不同的硼氢化反应中起到特殊的作用，控制硼氢化来获得高效的立体区域选择性，定量得到期望的中间体。

其中9-BBN作为二烷基硼烷其稳定性和显著的区域立体选择性，与不饱和烃类进行加成反应，生成硼基烷和乙烯基硼后又可进行多种反应，在有机合成中常用，是重要的是有机合成中间体。其应用主要表现在以下几个方面：1、制取醇类化合物。如W.C.Still&J.C.Barrish，Journal of the American Chemical Society，1983，10，2487所描述的9-BBN在硼氢化-氧化反应中的应用(附图3)，首先烯烃与9-BBN硼氢化加成，然后被碱性双氧水氧化转化醇。2、用9-BBN参与反应制备醛酮类化合物，如Brown H C，Journal of the American Chemical Society，1961，85，3834(附图4)，9-BBN首先和炔烃加成生成乙烯基硼，然后用碱性双氧水氧化得到醛酮类化合物。3、在保护氨基酸在侧链基团官能团化方面也具一定的应用，William H.Dent III，Orginic Letters，2002，4(8)，1249-1251(附图5)，在保护氨基酸基团的同时也使得水溶性的氨基酸在有机溶剂中的溶解性得到很大的提高。4、9-BBN在C-C形成的偶联反应中也参与反应，如K.Tsuna et al.，Tetrahedron Letters，52(2011)，7202-7205(附图6)报道的分子内烯烃和酮与9-BBN先进行硼氢化，然后在钯金属参与下进行Liebeskind-Srogl偶联反应生成八元环酮。

目前在国内外的专利文献中有合成9-BBN的方法大都都是1，5-环辛二烯与硼烷硼氢化反应制得。如Russ2265022中所述，1，5-环辛二烯与硼烷在1，4-二氧六环中反应制备；Journal of the American Chemical Society，1968，90(19)，5281-5283中，1，5-环辛二烯与硼烷在四氢呋喃中反应而得；Tetrahedron，1999，55，5991-6000中则是先用硼烷与N-乙基-N-异丙苯胺制备Ipc₂BH络合物，然后其与1，5-环辛二烯与硼烷反应生成9-BBN。文献中所述制备方法收率皆低于 90％，制备方法不易实现工业化大规模生产。

本发明的特点在于合成9-硼二环[3.3.1]壬烷过程中首次使用四氯化锆作为催化剂，并且使用4A分子筛除去反应过程中溶剂和反应原料中的残存水，使得水对反应的影响大大降低，抑制副产物的生成，该方法收率高，可达98％，且成本低，产品纯度高，操作简便，利于工业化，具有很好的应用前景。

【发明内容】

本发明的目的是针对上述问题提供产品收率和纯度超高，操作简便，利于工业化的9-硼双环(3，3，1)-壬烷的制备方法。

本发明的技术方案：

9-硼双环(3，3，1)-壬烷的制备方法，步骤如下所述：

1)氮气保护下，在反应釜中依次加入粉碎的4A分子筛、四氢呋喃、1，5环辛二烯和1％四氯化锆，常温搅拌1小时，使得反应物混合均匀，且除掉反应溶剂及原料中微量水。

2)然后在0℃左右每秒2-3滴的速度滴加硼烷的二甲硫醚络合物，滴加完成后加热回流反应4小时，停止加热，将得到的产品降温到0℃，继续搅拌，保持3小时，产品在氮气保护下过滤，得到晶状固体。

所述4A分子筛经马弗炉高温除水处理，且封闭在干燥器中，随制随用，已达到除去溶剂和原料中微量水的目的。

所述有机溶剂为四氢呋喃、1，4-二氧六环、乙醚、二甘醇二甲醚等醚类溶剂。

所述有机溶剂与1，5-环辛二烯使用前皆经无水处理，含水量低于100ppm。

所述四氯化锆为催化剂，用量为1％-10％。

所述所述的硼烷溶液为硼烷二甲硫醚络合物、硼烷的1，4-噻恶烷络合物，浓度为1-10M／L。

所述滴加温度为-10-12℃，滴加速度为每秒1-5滴。

所述回流温度为60℃-120℃。

本发明的反应过程如附图7。

本发明使用4A分子筛出去溶剂及原料中微量水，抑制副产物生成，提高产品收率，可达98％。首次使用四氯化锆作为反应催化剂，缩短产品合成周期，为产品工业化提供好的方案。本方法合成成本低，产品纯度高，操作简便，利于工业化，具有很好的应用前景。

【附图说明】

图1 9-BBN参与下的烯烃加成反应

图2 常用的硼氢化试剂种类

图3 9-BBN参与下的硼氢化-氧化反应

图4 9-BBN参与下制备醛酮类化合物

图5 9-BBN保护氨基酸侧链基团官能团

图6 9-BBN参与下的C-C偶联反应

图7 9-硼双环(3，3，1)-壬烷的制备方法

【具体实施方式】

下面结合实施例进一步描述本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。

实施案例1：

氮气保护下，在250ml装有回流装置的反应瓶中依次加入粉碎的4A分子筛10g、溶剂四氢呋喃100ml、1，5环辛二烯12.3ml和0.23g四氯化锆，常温磁力搅拌1小时，使得反应物混合均匀，且除掉反应溶剂及原料中微量水。降温至0℃左右，以每秒1滴的速度滴加10M／L硼烷的二甲硫醚络合物10ml，滴加完成后加热回流反应4小时，取样，GC检测异构体9-硼双环(4，2，1)-壬烷全部转化为9-硼双环(3，3，1)-壬烷，停止加热，将得到的产品降温到0℃，继续搅拌，保持3小时，产品在氮气保护下过滤，得到晶状固体11.9g，收率98.0％。

实施案例2：

氮气保护下，在500ml装有回流装置的反应瓶中依次加入粉碎的4A分子筛10g、溶剂四氢呋喃100ml、1，5环辛二烯12.3ml和0.23g四氯化锆，常温磁力搅拌1小时，使得反应物混合均匀，且除掉反应溶剂及原料中微量水。降温至0℃左右，以每秒5滴的速度滴加1M／L硼烷的二甲硫醚络合物100ml，滴加完成后加热回流反应4小时，取样，GC检测异构体9-硼双环(4，2，1)-壬烷全部转化为9-硼双环(3，3，1)-壬烷，停止加热，将得到的产品降温到0℃，继续搅拌，保持3小时，产品在氮气保护下过滤，得到晶状固体11.6g，收率95.2％。

实施案例3：

氮气保护下，在500ml装有回流装置的反应瓶中依次加入粉碎的4A分子筛10g、溶剂1，4-二氧六100ml、1，5环辛二烯12.3ml和1.1g四氯化锆，常温磁力搅拌1小时，使得反应物混合均匀，且除掉反应溶剂及原料中微量水。降温至0℃左右，以每秒1滴的速度滴加10M／L硼烷的二甲硫醚络合物10ml，滴加完成后加热回流反应4小时，取样，GC检测异构体9-硼双环(4，2，1)-壬烷全部转化为9-硼双环(3，3，1)-壬烷，停止加热，将得到的产品降温到0℃，继续搅拌，保持3小时，产品在氮气保护下过滤，得到晶状固体11.8g，收率96.7％。

实施案例4：

氮气保护下，在250ml装有回流装置的反应瓶中依次加入粉碎的4A分子筛10g、溶剂四氢呋喃100ml、1，5环辛二烯12.3ml和2.3g四氯化锆，常温磁力搅拌1小时，使得反应物混合均匀，且除掉反应溶剂及原料中微量水。降温至0℃左右，以每秒1滴的速度滴加10M／L硼烷的二甲硫醚络合物10ml，滴加完成后加热回流反应2小时，取样，GC检测异构体9-硼双环(4，2，1)-壬烷全部转化为9-硼双环(3，3，1)-壬烷，停止加热，将得到的产品降温到0℃，继续搅拌，保持3小时，产品在氮气保护下过滤，得到晶状固体11.9g，收率97.5％。

实施案例5：

氮气保护下，在500ml装有回流装置的反应瓶中依次加入粉碎的4A分子筛10g、溶剂四氢呋喃100ml、1，5环辛二烯12.3ml和2.3g四氯化锆，常温磁力搅拌1小时，使得反应物混合均匀，且除掉反应溶剂及原料中微量水。降温至0℃左右，以每秒5滴的速度滴加1M/L 硼烷的二甲硫醚络合物100ml，滴加完成后加热回流反应2小时，取样，GC检测异构体9-硼双环(4，2，1)-壬烷全部转化为9-硼双环(3，3，1)-壬烷，停止加热，将得到的产品降温到0℃，继续搅拌，保持3小时，产品在氮气保护下过滤，得到晶状固体11.6g，收率95.1％。

实施案例6：

氮气保护下，在250ml装有回流装置的反应瓶中依次加入粉碎的4A分子筛10g、溶剂1，4-二氧六环100ml、1，5环辛二烯12.3ml和2.3g四氯化锆，常温磁力搅拌1小时，使得反应物混合均匀，且除掉反应溶剂及原料中微量水。降温至0℃左右，以每秒1滴的速度滴加10M／L硼烷的二甲硫醚络合物10ml，滴加完成后加热回流反应2小时，取样，GC检测异构体9-硼双环(4，2，1)-壬烷全部转化为9-硼双环(3，3，1)-壬烷，停止加热，将得到的产品降温到0℃，继续搅拌，保持3小时，产品在氮气保护下过滤，得到晶状固体11.8g，收率96.7％。

Claims

1.一种9-硼双环[3，3，1]壬烷(9-BBN)的制备方法，其特征在于步骤如下：

2.根据权利要求1所述4A分子筛经马弗炉高温除水处理，且封闭在干燥器中，随制随用，已达到除去溶剂和原料中微量水的目的。

3.根据权利要求1所述有机溶剂为四氢呋喃、1，4-二氧六环、乙醚、二甘醇二甲醚等醚类溶剂。

4.根据权利要求1所述有机溶剂与1，5-环辛二烯使用前皆经无水处理，含水量低于100ppm。

5.根据权利要求1所述四氯化锆为催化剂，用量为1％-10％。

6.根据权利要求1所述所述的硼烷溶液为硼烷二甲硫醚络合物、硼烷的1，4-噻恶烷络合物，浓度为1-10M/L。

7.根据权利要求1所述滴加温度为-10-12℃，滴加速度为每秒1-5滴。

8.根据权利要求1所述回流温度为60℃-120℃。