CN106632440A - 一种芳基硼酸酯和烯基硼酸酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种芳基硼酸酯和烯基硼酸酯的制备方法。所述方法包括如下步骤：在吡啶或其衍生物的催化作用下，经下述1)或2)即得式Ⅰ‑1或式Ⅰ‑2所示取代硼酸酯：1)卤代物、联硼酸酯和醇盐进行反应；2)卤代物与联硼酸酯—醇盐复合物进行反应。本发明为一种高效的芳基和烯基硼酸酯的制备方法。本发明提供的制备方法，使用价格低廉的吡啶或其衍生物作为催化剂代替过渡金属催化剂，且反应条件温和，反应产率高，避免了痕量过渡金属在硼化产物中的残留，降低了芳基和烯基硼酸酯合成反应的成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种芳基硼酸酯和烯基硼酸酯的制备方法，属于有机化合物合成领域。
背景技术
芳基和烯基硼酸酯是重要的化学模块，在有机合成、医药和材料领域有着非常广泛的应用。传统的合成芳基硼酸酯和烯基硼酸酯的方法包括：
(1)对芳基或烯基卤化物进行当量金属化，形成格氏试剂或有机锂试剂，然后以硼酸三烷基酯做为硼源进行硼化，如下式：
但这类方法对官能团的耐受性有限，不利于带有敏感官能团的芳基和烯基硼酸酯的合成。
(2)使用过渡金属作为催化剂，催化芳基或烯基卤化物与硼源化合物(双硼试剂或硼烷)进行反应生成芳基硼酸酯，如下式：
但是这类方法需要过渡金属的参与，即使痕量的过渡金属残留都会对药物及材料产生不利的影响。
(3)在强碱或紫外光照射条件下实现芳基卤化物的直接硼化反应(JOURNAL OFTHE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 2012,134,19997；JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICALSOCIETY 2016,138,2985)。但是这类方法存在硼化试剂昂贵、效率低、需要特殊光反应设备等缺点。
鉴于上述现有技术，需要提供一种新的芳基和烯基硼酸酯的制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效的芳基和烯基硼酸酯的制备方法。
本发明所提供的取代硼酸酯(芳基和烯基硼酸酯)的制备方法，包括如下步骤：
在吡啶或其衍生物的催化作用下，经下述1)或2)即得式Ⅰ-1或式Ⅰ-2所示取 代硼酸酯：
1)卤代物、联硼酸酯和醇盐进行反应；
2)卤代物与联硼酸酯—醇盐复合物进行反应；
式Ⅰ-1和式Ⅰ-2中，R1为苯基、取代苯基、稠环芳基、联苯类芳基、芴基、呋喃基、噻吩基、吡啶基、苯并呋喃基、苯并噻吩基、喹啉基或C1～C6烷基取代的烯基；
式Ⅰ-1中，R2和R2’均为C1～C6烷基，可以相同或不同；
式Ⅰ-2中，R2”和R2”’均独立地选自亚甲基、甲基亚甲基、1,1-二甲基亚甲基、乙撑基、甲基乙撑基和1,1-二甲基乙撑基。
上述的制备方法中，所述稠环芳基具体可为萘基；所述联苯类芳基具体可为联二苯。
上述的制备方法中，所述吡啶或其衍生物的结构式如式Ⅱ所示：
式Ⅱ中，R3表示吡啶环上的一个或多个取代基，选自H、C1～C6烷基、C1～C6烷氧基、N,N-二甲基、氰基、酯基、苯基、取代苯基、萘基、呋喃基、噻吩基和吡啶基。
上述的制备方法中，R1和R3中的取代苯基均为单取代苯基或双取代苯基，其中的取代基选自C1～C6烷基、C1～C6烷氧基、C1～C6烯基、C1～C6烯氧基、C1～C6炔基、C1～C6炔氧基、C1～C6酯基、卤素、三氟甲基、三氟甲氧基和氰基，其中，C1～C6烷基具体可为甲基，C1～C6烷氧基具体可为甲氧基，C1～C6烯氧基具体可为1-丙烯氧基，C1～C6酯基具体可为甲酯基或乙酯基，卤素具体可为氟或氯。
上述的制备方法中，所述卤代物的结构式如式Ⅲ所示：
R1-X
式Ⅲ
式Ⅲ中，R1的定义同式Ⅰ-1中；
X为碘、溴或氯。
上述的制备方法中，所述联硼酸酯的结构式如式Ⅳ-1或式Ⅳ-2所示：
式Ⅳ-1中，R2和R2’的定义同式Ⅰ-1中，
式Ⅳ-2中，R2”和R2”’的定义同式Ⅰ-2中。
上述的制备方法中，所述醇盐的分子式为R4OM，其中，R4表示C1～C6烷基，M表示锂、钠或钾。
上述的制备方法中，所述联硼酸酯—醇盐复合物的结构式如式Ⅴ-1或式Ⅴ-2所示：
式Ⅴ-1中，R2和R2’的定义同式Ⅰ-1中；
式Ⅴ-2中，R2”和R2”’的定义同式Ⅰ-2中；
式Ⅴ-1和式Ⅴ-2中，R4表示C1～C6烷基，M表示锂、钠或钾。
上述的制备方法中，方法1)中的反应方程式如下所示：
方法2)中的反应方程式如下所示：
方法2)与方法1)的区别在于将所述联硼酸酯与所述醇盐预先反应形成所述联硼酸酯—醇盐复合物，经分离后用于芳基硼酸酯和烯基硼酸酯的合成，其余反应条件均相同。
上述的制备方法中，1)中，所述卤代物、所述联硼酸酯、所述醇盐与所述吡啶或其衍生物的摩尔比可为1：1.0～3.0：1.0～3.0：0.01～1.0，具体可为1：2.0：2.0：0.2；
2)中，所述卤代物、所述联硼酸酯—醇盐复合物与所述吡啶或其衍生物的摩尔比可为1：1.0～3.0：0.01～1.0，具体可为1：2.0：0.2。
上述的制备方法中，1)和2)中，所述反应的温度均可为20～150℃，具体可为85℃，时间均可为0.1～48h，具体可为12h。
上述的制备方法中，1)和2)中，所述反应均在有机溶剂中进行，所述有机溶剂为烷烃类溶剂、醚类溶剂、苯类溶剂、二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中至少一种；
所述烷烃类溶剂具体可为二氯甲烷、三氯甲烷或四氯化碳；
所述醚类溶剂具体可为四氢呋喃或甲基叔丁基醚；
所述苯类溶剂具体可为苯或甲苯。
与现有的合成方法相比，本发明具有如下有益效果：
使用价格低廉的吡啶或其衍生物作为催化剂代替过渡金属催化剂，且反应条件温和，反应产率高，避免了痕量过渡金属在硼化产物中的残留，降低了芳基和烯基硼酸酯合成反应的成本。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下列实施实例中，Me表示甲基，Ph表示苯基，MTBE表示甲基叔丁基醚。
下述实施例中的联硼酸频那醇酯、联硼酸新戊二醇酯和双联(2-甲基-2,4-戊二醇)硼酸酯从安耐吉试剂公司购买，纯度>97％；甲醇钾从阿拉丁试剂公司购买，纯度>95％，甲醇钠从百灵威公司购买，纯度>97％；4-苯基吡啶从梯希爱试剂公司购买，纯度>97％；其他取代的吡啶化合物均从百灵威试剂公司购买，纯度>97％；所用溶剂均从百灵威试剂公司购买。以上化合物均直接使用。
一、芳基硼酸酯和烯基硼酸酯的合成方法(采用方案1)：
1、小量合成方法：
在氩气气氛下，向一个15mL封管中依次加入磁力搅拌子，芳基或烯基卤代物(0.500mmol)、联硼酸酯(1.00mmol)、醇盐(1.00mmol)、吡啶催化剂(0.100mmol)以及溶剂(例如0.4mL甲基叔丁基醚)。将该反应管用聚四氟乙烯盖子封好后，置于一个温度恒定在85℃的油浴锅中，搅拌反应12小时。将反应液冷却至室温后，打开封盖，加入5mL水和10mL乙醚，充分搅拌。分离出有机相，向水相中加入冰醋酸，将溶液的pH调至7，再用10mL乙醚分三次萃取。合并所有的有机相，用饱和食盐水洗涤，再用无水硫酸钠干燥20分钟后在旋转蒸发仪上浓缩。所得的粗产品使用硅胶色谱柱纯化，即得到相应的芳基硼酸酯或烯基硼酸酯。
2、克级制备方法
反应式与小量合成方法相同。
在一个配有冷凝管的50mL圆底烧瓶中依次加入磁力搅拌子，芳基或烯基卤代物(10.0mmol)、联硼酸酯(20.0mmol)、醇盐(20.0mmol)、吡啶催化剂(2.00mmol)以及少量溶剂(例如8mL甲基叔丁基醚)。将该混合物在氩气气氛下置于一个温度恒定在85℃的油浴锅中，在搅拌下加热回流12小时。将反应液冷却至室温后，加入20mL水和20mL乙醚，充分搅拌。分离出有机相，向水相中加入冰醋酸，将溶液的pH调至7，再用30mL乙醚分三次萃取。合并所有的有机相，用饱和食盐水洗涤，再用无水硫酸钠干燥20分钟后在旋转蒸发仪上浓缩。所得的粗产品使用硅胶色谱柱纯化，即得到相应的芳基硼酸酯或烯基硼酸酯。
二、芳基硼酸酯和烯基硼酸酯的合成方法(采用方案2)：
1、联硼酸酯—醇盐复合物的制备方法：
向一个50mL史莱克烧瓶中依次加入联硼酸酯(10.0mmol)、醇盐(10.0mmol)以及溶剂(例如20mL无水甲醇)。在25℃下，振摇烧瓶使所有的固体全部溶解。之后将反应混合物在旋转蒸发仪上浓缩，剩余物用高真空油泵进一步除去残留的溶剂，即得到相应的联硼酸酯—醇盐复合物。
2、使用预先制备的联硼酸酯—醇盐复合物作为硼源制备芳基硼酸酯与烯基硼酸酯的方法：
向15mL封管中依次加入磁力搅拌子，芳基或烯基卤代物(0.500mmol)、联硼酸酯—醇盐复合物(1.00mmol)、吡啶催化剂(0.100mmol)以及少量溶剂(例如0.4mL甲基叔丁基醚)。将该反应管用聚四氟乙烯盖子封好后，置于一个温度恒定在85℃的 油浴锅中，搅拌反应12小时。将反应液冷却至室温后，打开封盖，加入5mL水和10mL乙醚，充分搅拌。分离出有机相，向水相中加入冰醋酸，将溶液的pH调至7，再用10mL乙醚分三次萃取。合并所有的有机相，用饱和食盐水洗涤，再用无水硫酸钠干燥20分钟后在旋转蒸发仪上浓缩。所得的粗产品使用硅胶色谱柱纯化，即得到相应的芳基硼酸酯或烯基硼酸酯。
实施例1、带有不同芳环取代基的芳基硼酸酯合成
实验步骤：按照上述一中方案1)中的小量合成方法进行操作，即可合成带有不同芳环取代基的芳基硼酸酯(如表1中所示)。所得的芳基硼酸酯均为已知化合物，其表征数据与文献报道一致。
表1不同取代基芳基硼酸酯合成实例
注释：[a]除特殊说明外，所报道的产率均为分离产率。
[b]合成中使用0.65mmol联硼酸频那醇酯和0.65mmol甲醇钾。
[c]合成中使用1.50mmol联硼酸频那醇酯和1.50mmol甲醇钾。
[d]核磁产率。
实施例2、烯基硼酸酯合成
实验步骤：按照一中方案1)的小量合成方法进行操作，即可合成不同的烯基硼酸酯产物(如表2中所示)。
表2不同取代基烯基硼酸酯合成实例
注释：[a]所报道的产率均为分离产率。
[b]合成中使用0.65mmol联硼酸频那醇酯，0.65mmol甲醇钾。
[c]合成中使用0.200mmol 4-苯基吡啶。
获得的环己烯-1-硼酸频哪醇酯和4-辛烯-4-硼酸频哪醇酯为已知化合物，其表征数据与文献报道一致。
获得的6-十二烯-6-硼酸频哪醇酯(E/Z构型混合物，其中含89％的E构型产物和11％的Z构型产物)的表征数据如下：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):6.28(t,J＝7.1Hz,1H,minor),5.98(t,J＝7.5Hz,1H,major),2.28(app.q,J＝7.3Hz,2H,major),2.08-2.14(m,4H,minor),2.07(t,J＝7.2Hz,2H,major),1.23-1.37(m,24H,overlapping),0.85-0.90(m,6H,overlapping)。
13C NMR(100MHz,CDCl3)(major product only)δ(ppm):146.1,131.9(化学位移通过HMBC确定),82.9,37.0,31.7,31.6,31.2,30.2,29.9,24.9,22.7,22.6,14.23,14.22。
11B NMR(128MHz,CDCl3):δ(ppm):30.8。
实施例3、不同的联硼酸酯作为原料合成芳基硼酸酯
实验步骤：按照一中方案1)中的小量合成方法进行操作，即可合成芳基硼酸新戊二醇酯和2-甲基-2,4-戊二醇酯(如表3中所示)。所获得的芳基硼酸酯为已知化合物，其表征数据与文献报道一致。
表3使用不同的联硼酸酯进行芳基硼酸酯的合成
注释：[a]所报道的产率均为分离产率。
实施例4、克级制备反应实例
实验步骤：按照一中方案1)的克级制备方法进行操作，即可合成带有不同芳环取代基的芳基硼酸酯化合物(如表4中所示)。
表4使用克级制备方法进行芳基硼酸酯的合成
注释：[a]所报道的产率均为分离产率。
实施例5、使用预制的联硼酸酯—醇盐复合物进行芳基硼酸酯合成
1、联硼酸酯—醇盐复合物制备实例：
实验步骤：按照二中方案2)中的联硼酸酯—醇盐复合物的制备方法进行操作，以甲醇为溶剂，从联硼酸频哪醇酯和甲醇钾可以定量地获得联硼酸频哪醇酯—甲醇钾复合物。
2、使用预制的联硼酸酯—醇盐复合物进行芳基硼酸酯的合成
实验步骤：按照二中方案2)的合成方法进行操作，以4-甲氧基碘苯和预制的联硼酸频哪醇酯—甲醇钾复合物为原料，4-苯基吡啶为催化剂，即可以83％的分离产率获得对应的芳基硼酸频哪醇酯产物。
在此说明书中，本发明已经参照特定的实施实例做了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (10)
1.一种取代硼酸酯的制备方法，包括如下步骤：
在吡啶或其衍生物的催化作用下，经下述1)或2)即得式Ⅰ-1或式Ⅰ-2所示取代硼酸酯：
1)卤代物、联硼酸酯和醇盐进行反应；
2)卤代物与联硼酸酯—醇盐复合物进行反应；
式Ⅰ中，R1为苯基、取代苯基、稠环芳基、联苯类芳基、芴基、呋喃基、噻吩基、吡啶基、苯并呋喃基、苯并噻吩基、喹啉基或C1～C6烷基取代的烯基；
式Ⅰ-1中，R2和R2’均为C1～C6烷基，可以相同或不同；
式Ⅰ-2中，R2”和R2”’均独立地选自亚甲基、甲基亚甲基、1,1-二甲基亚甲基、乙撑基、甲基乙撑基和1,1-二甲基乙撑基。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述吡啶或其衍生物的结构式如式Ⅱ所示：
式Ⅱ中，R3表示吡啶环上的一个或多个取代基，选自H、C1～C6烷基、C1～C6烷氧基、N,N-二甲基、氰基、酯基、苯基、取代苯基、萘基、呋喃基、噻吩基和吡啶基。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：R1和R3中的取代苯基均为单取代苯基或双取代苯基，其中的取代基选自C1～C6烷基、C1～C6烷氧基、C1～C6烯基、C1～C6烯氧基、C1～C6炔基、C1～C6炔氧基、C1～C6酯基、卤素、三氟甲基、三氟甲氧基和氰基。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述卤代物的结构式如式Ⅲ所示：
R1-X
式Ⅲ
式Ⅲ中，R1的定义同式Ⅰ-1中；
X为碘、溴或氯。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述联硼酸酯的结构式如式Ⅳ-1或式Ⅳ-2所示：
式Ⅳ-1中，R2和R2’的定义同式Ⅰ-1中，
式Ⅳ-2中，R2”和R2”’的定义同式Ⅰ-2中。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述醇盐的分子式为R4OM，其中，R4表示C1～C6烷基，M表示锂、钠或钾。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述联硼酸酯—醇盐复合物的结构式如式Ⅴ-1或式Ⅴ-2所示：
式Ⅴ-1中，R2和R2’的定义同式Ⅰ-1中；
式Ⅴ-2中，R2”和R2”’的定义同式Ⅰ-2中；
式Ⅴ-1和式Ⅴ-2中，R4表示C1～C6烷基，M表示锂、钠或钾。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法，其特征在于：1)中，所述卤代物、所述联硼酸酯、所述醇盐与所述吡啶或其衍生物的摩尔比为1：1.0～3.0：1.0～3.0：0.01～1.0；
2)中，所述卤代物、所述联硼酸酯—醇盐复合物与所述吡啶或其衍生物的摩尔比为1：1.0～3.0：0.01～1.0。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的制备方法，其特征在于：1)和2)中，所述反应的温度均为20～150℃，时间均为0.1～48h。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的制备方法，其特征在于：1)和2)中，所述反应均在有机溶剂中进行，所述有机溶剂为烷烃类溶剂、醚类溶剂、苯类溶剂、二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中至少一种。
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