CN104892655A - 基于铁催化制备烷基硼酸酯化合物的方法 - Google Patents

基于铁催化制备烷基硼酸酯化合物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于铁催化制备烷基硼酸酯化合物的方法，所述的烷基硼酸酯化合物结构式如Ⅰ所示，是以芳基烯烃化合物和联硼酸频那醇酯为原料，在铁催化剂和碱作用下，在质子源存在下进行反应，得到结构式Ⅰ所示的烷基硼酸酯化合物。

Description

基于铁催化制备烷基硼酸酯化合物的方法
技术领域
本发明涉及一种基于铁催化制备烷基硼酸酯化合物的方法。
背景技术
烷基硼酸酯和烷基硼酸是有机合成领域一类非常重要的中间体(Boronic Acids:Preparation and Applications in OrganicSynthesis and Medicine,Wiley-VCH,Weinheim,2005)，在各种药物、高分子材料、液晶材料、荧光探针材料的合成中都得到了广泛的应用，由于其在有机合成领域的重要价值，所以能够简单、方便合成官能团多样的烷基硼酸酯化合物显得格外重要。目前合成烷基硼酸酯化合物的代表性方法主要有：
(1)有机锂试剂或者有机格氏试剂与硼酸酯反应生成烷基硼酸或烷基硼酸酯化合物(Organometallics 1983,2,1316.)，该类方法报道较早，但是该方法使用的有机锂试剂或者有机格氏试剂对反应操作要求较高，并且该方法对底物的官能团适应性较窄。
(2)近些年对烷基硼酸酯化合物的合成报道较多的是通过过渡金属催化，对烷基化合物或者卤代烃实现了硼化反应，使用该方法成功实现了铑催化烷基化合物的硼化反应(Science2000,287,1995.)和铜催化的卤代烃的硼化反应(Angew.Chem.Int.Ed.2012,51,528.)，但是该类反应往往需要较为苛刻的反应条件或加入额外的有机配体。
(3)目前，报道较多的方法是使用过渡金属催化烯烃与频哪醇硼烷(Pinacolborane)或者联硼酸频那醇酯(bis(pinacolato)diboron)反应，其中使用的过渡金属大多为贵金属如铑(J.Am.Chem.Soc.2004,126,9200.)、钌(Organometallics 2007,26,1191.)等，为了降低成本，将催化剂金属改为便宜的过渡金属如铜(J.Am.Chem.Soc.2009,131,3160.)、钴(J.Am.Chem.Soc.2013,135,19107.)等的报道越来越多，但是使用这些便宜的过渡金属，往往需要加入价格昂贵、合成困难的有机配体，或者需要合成得到相应金属的配合物作为催化剂。
发明内容
本发明的目的是提供一种使用便宜、市售的铁盐直接作为催化剂，以对空气和水分不敏感的联硼酸频那醇酯为硼化试剂，高效、简便、经济的合成官能团多样性的烷基硼酸酯化合物的方法。
具体采用以下技术方案：
以芳基烯烃化合物和联硼酸频那醇酯为原料，在铁催化剂和碱作用下，在质子源存在下，于溶剂中按下述反应式进行反应，得到具有通式Ⅰ的烷基硼酸酯化合物；
所述芳基烯烃化合物选自或者具有通式II的化合物；
具有通式II的化合物中，Ar取自其中，基团Ar中，R3取自H、C6以下烷基、C10以下芳基、卤素、氰基、醛基、羟基，C10以下胺基、C6以下烷氧基、C10以下芳氧基、C6以下烷硫基、C10以下芳硫基、C6以下酯基或C6以下酰胺基；n为0～5的整数；
R1取自H、C6以下烷基、C10以下芳基；
R2取自H、C6以下烷基；
所述铁催化剂为氯化亚铁、氯化铁、溴化亚铁、溴化铁、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮亚铁、乙酸亚铁中的1种或2种以上的组合物；
所述碱选自叔丁醇钾、叔丁醇钠、叔丁醇锂、甲醇钠、甲醇锂、甲醇钾、碳酸铯、碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾中的1种或2种以上的组合物；
所述溶剂选自四氢呋喃、乙腈、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、甲醇、乙醇、叔丁醇、异丙醇、甲苯、二氯甲烷、甲基叔丁基醚、二氧六环中的1种或2种以上的组合物；
所述质子源选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、水中的1种或2种以上的组合物。
本发明所述碱的物质的量为芳基烯烃化合物物质的量的0.5～3倍，优选为1.2～2倍。
本发明所述联硼酸频那醇酯的物质的量为芳基烯烃化合物物质的量的1～3倍，进一步优选为1～1.5倍。
本发明所述铁催化剂的用量为芳基烯烃化合物的物质的量的0.1～10％。
本发明所述质子源用量为芳基烯烃化合物的物质的量的1-5倍。
本发明反应的反应条件优选如下：反应温度为25℃～溶剂回流温度，反应时间为10min～48h。
表1中列举了上述反应式中各个原料化合物取代基的具体结构。
表1
表2列举了本发明合成的具体化合物1～23的结构、物理性质及1H NMR数据，但本发明并不仅限于这些化合物。
表2
相比于现有技术，本申请直接使用便宜、市售的金属铁盐直接作为催化剂，不需要添加价格昂贵的配体，制备得到的催化剂具有低毒、环境友好的特点。联硼酸频那醇酯对空气和水分都不敏感，在实际生产中应用更加方便，以联硼酸频那醇酯为硼化试剂的催化体系在科学研究和实际的工业生产中将会具有更大的优势。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明，但下面的实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
实施例1 2-苯基乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物1)
室温下向氩气保护的50ml Schlenk瓶中依次加入催化剂FeCl22.6mg(0.02mmol，为苯乙烯摩尔量的1％)、无水THF 20mL、苯乙烯208mg(2mmol)、苯乙烯摩尔量1.5倍的联硼酸频那醇酯762mg(3mmol)、苯乙烯摩尔量1.2倍的叔丁醇钾269mg(2.4mmol)、1倍当量的叔丁醇150mg(2mmol)，反应体系为浅棕黄色浑浊液，置于65℃反应12小时。后处理通过旋转蒸发仪除去溶剂，再加入50mL水，用乙酸乙酯萃取(4×20mL)，合并有机相用饱和食盐水洗涤(2×30mL)后用无水Na2SO4干燥，通过柱层析获得目标化合物，填充料为硅胶，洗脱剂为石油醚：乙酸乙酯(100:1-10:1)，分离收率92％。
实施例2 2-(4-甲基苯基)乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物2)
除了将实施例1中的苯乙烯换成同摩尔量的4-甲基苯乙烯外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率86％。
实施例3 2-(4-甲氧基苯基)乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物3)
除了将实施例1中的苯乙烯换成同摩尔量的4-甲氧基苯乙烯外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率89％。
实施例4 2-(4-二甲氨基苯基)乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物4)
除了将实施例1中的苯乙烯换成同摩尔量的4-二甲氨基苯乙烯外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率84％。
实施例5 2-(4-氰基苯基)乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物5)
除了将实施例1中的苯乙烯换成同摩尔量的4-氰基苯乙烯外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率97％。
实施例6 2-(4-氟苯基)乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物6)
除了将实施例1中的苯乙烯换成同摩尔量的4-氟苯乙烯外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率99％。
实施例7 2-(4-溴苯基)乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物7)
除了将实施例1中的苯乙烯换成同摩尔量的4-溴苯乙烯，反应时间缩短为3小时外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率80％。
实施例8 2-(4-氯苯基)乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物8)
除了将实施例1中的苯乙烯换成同摩尔量的4-氯苯乙烯外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率98％。
实施例9 2-(4-甲氧羰基苯基)乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物9)
除了将实施例1中的苯乙烯换成同摩尔量的4-乙烯基苯甲酸甲酯外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率68％。
实施例10 2-(3-氯苯基)乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物10)
除了将实施例1中的苯乙烯换成同摩尔量的3-氯苯乙烯外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率98％。
实施例11 2-(2-氯苯基)乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物11)
除了将实施例1中的苯乙烯换成同摩尔量的2-氯苯乙烯外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率98％。
实施例12 2-(3,4,5-三甲氧基苯基)乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物12)
除了将实施例1中的苯乙烯换成同摩尔量的3,4,5-三甲氧基苯乙烯外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率97％。
实施例13 2-(1-萘基)乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物13)
除了将实施例1中的苯乙烯换成同摩尔量的1-萘乙烯外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率89％。
实施例14 2-(2-噻吩基)乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物14)
除了将实施例1中的苯乙烯换成同摩尔量的2-噻吩乙烯外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率66％。
实施例15 2-甲基-2-(苯基)乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物15)
除了将实施例1中的苯乙烯换成同摩尔量的α-甲基苯乙烯外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率99％。
实施例16 2,2-(二苯基)乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物16)
除了将实施例1中的苯乙烯换成同摩尔量的α-苯基苯乙烯外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率94％。
实施例17 2-硼酸频哪醇酯-1-苯基正戊烷的制备(化合物17)
除了将实施例1中的苯乙烯换成同摩尔量的β-正丙基苯乙烯(顺反构型的混合物)外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率91％。
实施例18 2-硼酸频哪醇酯-1-苯基正丙烷的制备(化合物18)
除了将实施例1中的苯乙烯换成同摩尔量的β-甲基苯乙烯(顺反构型的混合物)外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率94％。
实施例19 2-茚满基硼酸频哪醇酯的制备(化合物19)
除了将实施例1中的苯乙烯换成同摩尔量的茚外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率93％。
实施例20 2-(1,2,3,4-四氢萘基)硼酸频哪醇酯的制备(化合物20)
除了将实施例1中的苯乙烯换成同摩尔量的1,2-二氢萘外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率94％。
实施例21 1,3-二(2-(硼酸频哪醇酯)乙基)苯(化合物21)
室温下向氩气保护的50ml Schlenk瓶中依次加入的催化剂FeCl25.1mg(0.04mmol，为苯乙烯摩尔量的2％)、无水THF 30mL、1,3二乙烯基苯260mg(2mmol)、3倍摩尔量的联硼酸频那醇酯1524mg(6mmol)、2.4倍摩尔量的叔丁醇钾538mg(4.8mmol)，反应体系为浅黄色浑浊液，置于65℃反应12小时。后处理通过旋转蒸发仪除去溶剂，再加入50mL水，用乙酸乙酯萃取(4×20mL)，合并有机相用饱和食盐水洗涤(2×30mL)后用无水Na2SO4干燥，通过柱层析获得目标化合物，填充料为硅胶，洗脱剂为石油醚：乙酸乙酯(100:1-100:10)，分离收率96％。
实施例22 2-硼酸频哪醇酯-1-(2-噻吩)正戊烷的制备(化合物22)
除了将实施例1中的苯乙烯换成同摩尔量的β-正丙基-2-噻吩乙烯(顺反构型的混合物)外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率64％。
实施例23 2-硼酸频哪醇酯-1-(1-萘基)正戊烷的制备(化合物23)
除了将实施例1中的苯乙烯换成同摩尔量的β-正丙基-1-萘乙烯(顺反构型的混合物)外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率79％。
实施例24 2-苯基乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物1)
除了将实施例1中的无水THF换成无水N,N-二甲基甲酰胺外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物氢核磁收率95％(以三氯乙酸三氯乙酯为内标)。
实施例25 2-苯基乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物1)
除了将实施例1中的无水THF换成无水叔丁醇外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物氢核磁收率95％(以三氯乙酸三氯乙酯为内标)。
实施例26 2-苯基乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物1)
除了将实施例1中的叔丁醇钾换成氢氧化钾外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物氢核磁收率14％(以三氯乙酸三氯乙酯为内标)。
实施例27 2-苯基乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物1)
除了将实施例1中的叔丁醇钾降为0.5倍摩尔量外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物氢核磁收率82％(以三氯乙酸三氯乙酯为内标)。
实施例28 2-苯基乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物1)
除了将实施例1中的联硼酸频那醇酯降为1倍摩尔量外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物氢核磁收率76％(以三氯乙酸三氯乙酯为内标)。
实施例29 2-苯基乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物1)
除了将实施例1中的催化剂FeCl2降为苯乙烯摩尔量的0.1％外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率59％。
实施例30 2-苯基乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物1)
除了将实施例1中的催化剂FeCl2改为苯乙烯摩尔量的10％外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物分离收率91％。
实施例31 2-苯基乙基-1-硼酸频哪醇酯的制备(化合物1)
除了将实施例1中的反应温度降至25℃外，按与实施例1同样的方法进行，获得目标化合物氢核磁收率24％(以三氯乙酸三氯乙酯为内标)。

Claims (8)

1.基于铁催化制备烷基硼酸酯化合物的方法，其特征在于：以芳基烯烃化合物和联硼酸频那醇酯为原料，在铁催化剂和碱作用下，在质子源存在下，于溶剂中按下述反应式进行反应，得到具有通式Ⅰ的烷基硼酸酯化合物；
所述芳基烯烃化合物选自或者具有通式II的化合物；
具有通式II的化合物中，Ar取自其中，R3取自H、C6以下烷基、C10以下芳基、卤素、氰基、醛基、羟基，C10以下胺基、C6以下烷氧基、C10以下芳氧基、C6以下烷硫基、C10以下芳硫基、C6以下酯基或C6以下酰胺基；n为0～5的整数；
R1取自H、C6以下烷基、C10以下芳基；
R2取自H、C6以下烷基；
所述铁催化剂为氯化亚铁、氯化铁、溴化亚铁、溴化铁、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮亚铁、乙酸亚铁中的1种或2种以上的混合物；
所述碱选自叔丁醇钾、叔丁醇钠、叔丁醇锂、甲醇钠、甲醇锂、甲醇钾、碳酸铯、碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾中的1种或2种以上的混合物；
所述溶剂选自四氢呋喃、乙腈、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、甲醇、乙醇、叔丁醇、异丙醇、甲苯、二氯甲烷、甲基叔丁基醚、二氧六环中的1种或2种以上的组合物；
所述质子源选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、水中的1种或2种以上的组合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述碱的物质的量为芳基烯烃化合物物质的量的0.5～3倍。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述碱的物质的量为芳基烯烃化合物物质的量的1.2～2倍。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述联硼酸频那醇酯的物质的量为芳基烯烃化合物物质的量的1～3倍。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述联硼酸频那醇酯的物质的量为芳基烯烃化合物物质的量的1～1.5倍。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述催化剂的用量为芳基烯烃化合物的物质的量的0.1～10％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述质子源用量为芳基烯烃化合物的物质的量的1-5倍。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的方法，其特征在于：反应温度为25℃～溶剂回流温度，反应时间为10min～48h。
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