CN109438493A - 基于正丁基锂制备硼酸酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及正丁基锂的应用，具体涉及基于正丁基锂制备硼酸酯的方法。依次将催化剂、硼烷和羧酸搅拌混合均匀，反应40～50分钟，暴露于空气中终止反应，反应液减压除去溶剂，得到不同取代基的硼酸酯。本发明公开的正丁基锂可以在室温条件下高活性的催化羧酸和硼烷的硼氢化反应，催化剂用量仅为羧酸摩尔量的0.5mol%，与已有的催化体系相比，利用了商业化试剂正丁基锂，反应条件温和，在限定条件下不同取代基的硼酸酯的产率可达99%。
Description
技术领域
本发明涉及的商业化试剂正丁基锂的应用，具体涉及基于正丁基锂制备硼酸酯的方法。
背景技术
有机硼酸酯可看作是正硼酸B(OH)3中的氢被有机基团取代后的衍生物，此外还有偏硼酸酯(ROBO)3。由于硼酸酯的稳定性和低毒性，被广泛应用于各个领域，它是合成含硼化合物的一种主要原料。硼酸酯类化合物不仅可以作为清洗剂中的防锈剂、防腐剂、聚合物添加剂、抗磨添加剂、汽车制动液、汽油添加剂、阻燃剂使用，而且可以用作润滑油添加剂等。
现有硼氢化方法都有明显的缺点：LiAlH4和NaBH4体系安全风险很大，SmI2-H2O-Et3N体系需要过量很多的试剂，过渡金属配合物体系需要高温及高压下进行并且一方面要利用较难合成的催化剂，成本高；另一方面，催化反应需要60oC的反应温度以及24小时的反应时间。羧酸和醛酮亲核加成反应活性区别：（1）羧酸的活泼氢易离去，因此它的两个O实际上是等价的，所以从空间结构来看，羧基的位阻较大，并且羧基氢键的存在，使整个羰基的电子云密度较大，亲核试剂进攻活性中心比较难；（2）亲核试剂先进攻羰基碳，这个与碳上的电子云密度有关，密度小的先进攻，比如醛酮比酯、酰胺的电子云密度更小，所以活性高，会优先反应，空间效应大的不易反应；（3）形成过渡态的时候要看离去基团，醛酮的离去基团是烷基及氢，二者都不易离去，所以醛酮只发生加成，不发生消除，不同于羧酸及其衍生物。现有方法一方面要利用较难合成的催化剂，成本高；另一方面，催化反应需要60oC的反应温度以及24小时的反应时间。
发明内容
本发明的发明目的是提供芳香族羧酸硼氢化反应制备硼酸酯的方法，即以正丁基锂为高效催化剂催化羧酸与硼烷发生硼氢化反应，芳香族羧酸一般都是固体，芳香族羧酸与频哪醇硼烷的反应为非均相反应。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
基于正丁基锂制备硼酸酯的方法，包括以下步骤，在惰性气体氛围下，将硼烷和芳香族羧酸混合，再加入催化剂正丁基锂，然后进行硼氢化反应得到硼酸酯。
正丁基锂在催化芳香族羧酸与硼烷硼氢化反应中的应用。
本发明中，所述正丁基锂为商业化的正丁基锂试剂。
上述技术方案中，所述硼烷为频哪醇硼烷；所述芳香族羧酸为苯甲酸、4-溴苯甲酸、4-氟苯甲酸、1-萘甲酸、2-甲氧基苯甲酸、邻羧基苯乙酸、3-吲哚乙酸、2-苯基丁酸、2-甲基-5-溴-苯甲酸、4-叔丁基苯甲酸、2-溴苯甲酸、4-碘苯甲酸、3-苯丙酸、二苯基乙酸等。
上述技术方案中，所述芳香族羧酸和硼烷的用量摩尔比为 1:3～1:7。
上述技术方案中，所述硼氢化反应的温度为室温，时间为40～50分钟。
上述技术方案中，正丁基锂的用量为芳香族羧酸摩尔量的0.4%～0.6%。
本发明公开的硼氢化反应的具体步骤为：
在惰性气体氛围下，将硼烷和芳香族羧酸混合，再加入催化剂正丁基锂，然后进行硼氢化反应；反应结束后，接触空气中止反应，反应液减压除去溶剂，得到不同取代的硼酸酯。可以在手套箱中实现惰性气体氛围，为常规技术。
本发明中，所有原料经过无水无氧处理。
上述技术方案可表示如下：
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1.本发明首次发现商业化的正丁基锂能高效的催化芳香族羧酸与硼烷发生硼氢化反应，高度符合原子经济合成。
2.本发明公开的正丁基锂催化芳香族羧酸与硼烷发生硼氢化反应的催化活性高(催化剂用量摩尔数的0.5%)，反应条件温和(室温)，反应时间短(40～50分钟)，且反应产率高，反应简单可控，后处理简单。
3.本发明公开的正丁基锂催化芳香族羧酸的硼氢化对底物的适用范围宽，适用于不同取代基位置、不同电子效应的羧酸，为硼酸酯的工业化合成提供了更多选择；并且反应过程简单可控，收率高，产物后处理容易，适合工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一: 正丁基锂催化苯甲酸与频哪醇硼烷硼氢化反应
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入苯甲酸 (61.1 mg, 0.5mmol），用移液枪加入频哪醇硼烷(218 μL, 1.5 mmol)，最后加入25μL正丁基锂的四氢呋喃溶液(0.1M) (0.5 mol%用量，下同)，在室温下反应45分钟，将反应液接触空气，除去溶剂,得到产物硼酸酯，以均三甲氧基苯（84.15 mg，0.5 mmol）为内标，用CDCl3溶解，搅拌10分钟，取样，配核磁。经计算1H产率为97%；如果将正丁基锂换为三芳氧稀土催化剂Nd(OAr)3(THF)2，得不到产物。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) ：δ 7.22– 7.32 (m,5H, ArH)，4.92 (s, 2H, CH2), 1.26 (s, 36H, CH3)。
对比例：2,4-二(2,6-二异丙基苯胺基)-2-戊烯基锂催化苯甲酸与频哪醇硼烷硼氢化反应
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入苯甲酸 (60.5 mg, 0.5mmol），用移液枪加入频哪醇硼烷(238 μL, 1.65 mmol)，最后加入25μL 2,4-二(2,6-二异丙基苯胺基)-2-戊烯基锂的四氢呋喃溶液 ( 0.1M ) (0.5 mol%用量)，在室温下反应45分钟，将反应液接触空气,除去溶剂,得到产物硼酸酯，以均三甲氧基苯（83.32 mg，0.5 mmol）为内标，用CDCl3溶解，搅拌10分钟，取样，核磁测定。经计算1H产率为12%。产物的核磁数据:1H NMR (400 MHz, CDCl3) ：δ 7.22– 7.32 (m, 5H, ArH)，4.92 (s, 2H, CH2), 1.26 (s,36H, CH3)。
2,4-二(2,6-二异丙基苯胺基)-2-戊烯基锂的化学结构式如下：
实施例二:正丁基锂催化苯甲酸与频哪醇硼烷硼氢化反应
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入苯甲酸 (60.7 mg, 0.5mmol），用移液枪加入频哪醇硼烷(217 μL, 1.5 mmol)，最后加入正丁基锂(0.5 mol%用量)的四氢呋喃溶液，在室温下反应20分钟，将反应液接触空气,除去溶剂,得到产物硼酸酯，以均三甲氧基苯（84.10 mg，0.5 mmol）为内标，用CDCl3溶解，搅拌10分钟，取样，配核磁。经计算1H产率为62%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) ：δ 7.21– 7.31 (m, 5H,ArH)，4.92 (s, 2H, CH2), 1.25 (s, 36H, CH3)。
实施例三: 正丁基锂催化苯甲酸与频哪醇硼烷硼氢化反应
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入苯甲酸 (59.9 mg, 0.5mmol），用移液枪加入频哪醇硼烷(289 μL, 2 mmol)，最后加入正丁基锂(0.5 mol%用量)的四氢呋喃溶液，在室温下反应45分钟，将反应液接触空气,除去溶剂,得到产物硼酸酯，以均三甲氧基苯（82.50 mg，0.5 mmol）为内标，用CDCl3溶解，搅拌10分钟，取样，配核磁。经计算1H产率为99%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) ：δ 7.21– 7.31 (m, 5H,ArH)，4.92 (s, 2H, CH2), 1.25 (s, 36H, CH3)。
实施例四: 正丁基锂催化苯甲酸与频哪醇硼烷硼氢化反应
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入苯甲酸 (60.8 mg, 0.5mmol），用移液枪加入频哪醇硼烷(361.2 μL, 2.5 mmol)，最后加入正丁基锂(0.5 mol%用量)的四氢呋喃溶液，在室温下反应45分钟，将反应液接触空气,除去溶剂,得到产物硼酸酯，以均三甲氧基苯（83.74 mg，0.5 mmol）为内标，用CDCl3溶解，搅拌10分钟，取样，配核磁。经计算1H产率为99%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) ：δ 7.21– 7.31 (m,5H, ArH)，4.92 (s, 2H, CH2), 1.25 (s, 36H, CH3)。
实施例五: 正丁基锂催化4-氟苯甲酸与频哪醇硼烷硼氢化反应
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入4-氟苯甲酸 (70.8 mg，0.5 mmol），用移液枪加入频哪醇硼烷(290 μL, 2 mmol)，最后加入正丁基锂(0.5 mol%用量)的四氢呋喃溶液，在室温下反应45分钟，将反应液接触空气,除去溶剂,得到产物硼酸酯，以均三甲氧基苯（84.99 mg，0.5 mmol）为内标，用CDCl3溶解，搅拌10分钟，取样，配核磁。经计算1H产率为90%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3)：δ 7.21 (br s, 2H,ArCH), 6.91 (t, 2H, ArCH)，4.75 (s, 2H, OCH2)，1.15 (s, 36H, CH3)。
实施例六
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入4-溴苯甲酸 (100 mg，0.5mmol），用移液枪加入频哪醇硼烷(289 μL，2 mmol)，最后加入正丁基锂(0.5 mol%用量)的四氢呋喃溶液，在室温下反应45分钟，将反应液接触空气,除去溶剂,得到产物硼酸酯，以均三甲氧基苯 (83.67 mg，0.5 mmol）为内标，用CDCl3溶解，搅拌10分钟，取样，配核磁。经计算1H产率为95%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3)：δ 7.40 (br s, 2H, ArCH),7.17 (t, 2H, ArCH), 4.81 (s, 2H, OCH2), 1.20 (s, 36H, CH3)。
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入2-甲氧基苯甲酸(76.2 mg，0.5 mmol），用移液枪加入频哪醇硼烷(290 μL，2 mmol)，最后加正丁基锂(0.5mol%用量)的四氢呋喃溶液，在室温下反应45分钟，将反应液接触空气,除去溶剂,得到产物硼酸酯，以均三甲氧基苯 (84.23 mg，0.5 mmol）为内标，用CDCl3溶解，搅拌10分钟，取样，配核磁。经计算1H产率为99%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3)：δ 7.41 (d,1H, ArCH), 7.21 (t, 1H, ArCH), 6.95 (t, 1H, ArCH), 6.83 (d, 1H, ArCH), 4.97(s,2H,OCH2), 1.26 (s,36H,CH3)。
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入1-萘甲酸 (85.4 mg，0.5 mmol，用移液枪加入频哪醇硼烷(290 μL, 2 mmol)，最后加入正丁基锂(0.5 mol%用量)的四氢呋喃溶液，在室温下反应45分钟，将反应液接触空气,除去溶剂,得到产物硼酸酯，以均三甲氧基苯 (83.42 mg，0.5 mmol）为内标，用CDCl3溶解，搅拌10分钟，取样，配核磁。经计算1H产率为91%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3)： δ 8.01 (d, 1H,ArCH), 7.78-7.81 (m, 2H, ArCH), 7.74(d, 1H, ArCH), 7.37-7.47 (m, 3H, ArCH),5.36 (s, 2H, OCH2 ), 1.22 (s, 36H, CH3)。
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入4-叔丁基苯甲酸(88.9 mg，0.5 mmol，用移液枪加入频哪醇硼烷(290 μL, 2 mmol)，最后加入正丁基锂(0.5mol%用量)的四氢呋喃溶液，在室温下反应45分钟，将反应液接触空气,除去溶剂,得到产物硼酸酯，以均三甲氧基苯 (83.89 mg，0.5 mmol）为内标，用CDCl3溶解，搅拌10分钟，取样，配核磁。经计算1H产率为99%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3)： δ 7.27 ( d,2H, ArCH), 7.18 (d, 2H, ArCH) , 4.81 (s, 2H, OCH2 ), 1.22 (s, 9H, CH3, tBu),1.17 (s, 36H, CH3)。
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入2-溴苯甲酸 (100.6mg，0.5 mmol，用移液枪加入频哪醇硼烷(290 μL, 2 mmol)，最后加入正丁基锂(0.5 mol%用量)的四氢呋喃溶液，在室温下反应45分钟，将反应液接触空气,除去溶剂,得到产物硼酸酯，以均三甲氧基苯 (84.17 mg，0.5 mmol）为内标，用CDCl3溶解，搅拌10分钟，取样，配核磁。经计算1H产率为99%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3)： δ 7.40 (d, 2H,ArCH), 7.18-7.21 (m, 1H, ArCH), 7.02 (t, 1H, ArCH), 4.89 (s, 2H, OCH2), 1.18(s, 36H, CH3)。
实施例七
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入4-碘苯甲酸 (124.0 mg，0.5 mmol，用移液枪加入频哪醇硼烷(290 μL, 2 mmol)，最后加入正丁基锂(0.5 mol%用量)的四氢呋喃溶液，在室温下反应45分钟，将反应液接触空气,除去溶剂,得到产物硼酸酯，以均三甲氧基苯 (84.09 mg，0.5 mmol）为内标，用CDCl3溶解，搅拌10分钟，取样，配核磁。经计算1H产率为99%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3)：δ 7.56 (d, 2H,ArCH), 7.01 (d, 2H, ArCH), 4.77 (s, 2H, OCH2), 1.17 (s, 36H, CH3)。
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入3-苯丙酸 (74.9 mg，0.5 mmol，用移液枪加入频哪醇硼烷(289 μL, 2 mmol)，最后加入正丁基锂(0.5 mol%用量)的四氢呋喃溶液，在室温下反应45分钟，将反应液接触空气,除去溶剂,得到产物硼酸酯，以均三甲氧基苯 (83.89 mg，0.5 mmol）为内标，用CDCl3溶解，搅拌10分钟，取样，配核磁。经计算1H产率为99%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3)：δ 7.17 (t, 2H, ,ArCH), 7.04- 7.09 (m, 3H, ArCH), 3.79 (t, 2H, CH2, OCH2), 2.61 (t, 2H, CH2),1.75-1.82 (m, 2H, CH2), 1.16 (s, 36H, CH3)。
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入二苯基乙酸 (105.8mg，0.5 mmol，用移液枪加入频哪醇硼烷(289 μL, 2 mmol)，最后加入正丁基锂(0.5 mol%用量)的四氢呋喃溶液，在室温下反应45分钟，将反应液接触空气,除去溶剂,得到产物硼酸酯，以均三甲氧基苯 (83.84 mg，0.5 mmol）为内标，用CDCl3溶解，搅拌10分钟，取样，配核磁。经计算1H产率为99%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3)： δ 7.13-7.32 (m,10H, ArCH), 4.41 (d, 2H, CH2, OCH2), 4.24 (t, 1H, CH), 1.23 (s,24H, CH3,pinBOBpin), 1.12 (s, 12H, CH3, OBpin)。
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入2-甲基-5-溴-苯甲酸(107.1 mg，0.5 mmol，用移液枪加入频哪醇硼烷(289 μL, 2 mmol)，最后加入正丁基锂(0.5 mol%用量)的四氢呋喃溶液，在室温下反应45分钟，将反应液接触空气,除去溶剂,得到产物硼酸酯，以均三甲氧基苯 (83.77 mg，0.5 mmol）为内标，用CDCl3溶解，搅拌10分钟，取样，配核磁。经计算1H产率为99%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3)： δ 6.90(d, 1H, ArCH), 7.19 (d, 1H, ArCH), 7.47 (s, 1H, ArCH), 4.77 (s, 2H, OCH2),2.12 (s, 3H, CH3), 1.17 (s, 36H, CH3)。
实施例八
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入2-苯基丁酸 (82.2 mg，0.5 mmol，用移液枪加入频哪醇硼烷(290 μL, 2 mmol)，最后加入正丁基锂(0.5 mol%用量)的四氢呋喃溶液，在室温下反应45分钟，将反应液接触空气,除去溶剂,得到产物硼酸酯，以均三甲氧基苯 (84.20 mg，0.5 mmol）为内标，用CDCl3溶解，搅拌10分钟，取样，配核磁。经计算1H产率为99%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3)： δ 7.15-7.19 (m,2H, ArCH), 7.08-7.10 (m, 3H, ArCH), 3.83-3.93 (m, 2H, CH2, OCH2), 2.57-2.66(m, 1H, CH), 1.70-1.79 (m, 1H, CH2), 1.46-1.55 (m, 1H, CH2), 1.16 (s, 36H,CH3, OBpin & pinBOBpin), 0.74 (t, 3H, CH3)。
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入3-吲哚乙酸 (88.0mg，0.5 mmol，用移液枪加入频哪醇硼烷(363 μL, 2.5 mmol)，最后加入正丁基锂(0.5mol%用量)的四氢呋喃溶液，在室温下反应45分钟，将反应液接触空气,除去溶剂,得到产物硼酸酯，以均三甲氧基苯 (84.49 mg，0.5 mmol）为内标，用CDCl3溶解，搅拌10分钟，取样，配核磁。经计算1H产率为95%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3)：δ 7.82 (d,1H, ArCH), 7.45 (d, 1H, ArCH), 7.02-7.15 (m, 3H, ArCH), 4.06 (t, 2H, OCH2),2.90 (t, 2H, CH2), 1.29 (s, 12H, CH3, N-Bpin ) 1.14 (s, 24H, CH3, pinBOBpin),1.06 (s, 12H, CH3, OBpin)。
实施例九
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入邻羧基苯乙酸 (90.0 mg，0.5 mmol，用移液枪加入频哪醇硼烷(508 μL, 3.5 mmol)，最后加入正丁基锂(0.5 mol%用量)的四氢呋喃溶液，在室温下反应45分钟，将反应液接触空气,除去溶剂,得到产物硼酸酯，以均三甲氧基苯 (84.02 mg，0.5 mmol）为内标，用CDCl3溶解，搅拌10分钟，取样，配核磁。经计算1H产率为99%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3)：δ 7.33 (br s, 1H,ArCH), 7.11 (br s, 3H, ArCH), 4.90 (s, 2H, CH2)。 3.96 (t, 2H, CH2), 2.86 (t,2H, CH2), 1.17 (s, 72H, CH3, OBpin & pinBOBpin)。
Claims (8)
1.基于正丁基锂制备硼酸酯的方法，包括以下步骤，在惰性气体氛围下，将硼烷和芳香族羧酸混合，再加入催化剂正丁基锂，然后进行硼氢化反应得到硼酸酯。
2.根据权利要求1所述基于正丁基锂制备硼酸酯的方法，其特征在于，所述硼烷为频哪醇硼烷。
3. 根据权利要求1所述基于正丁基锂制备硼酸酯的方法，其特征在于，所述芳香族羧酸和硼烷的用量摩尔比为 1:3～1:7。
4.根据权利要求1所述基于正丁基锂制备硼酸酯的方法，其特征在于，所述硼氢化反应的温度为室温。
5.根据权利要求1所述基于正丁基锂制备硼酸酯的方法，其特征在于，硼氢化反应结束后，接触空气中止反应，反应液减压除去溶剂，得到不同取代的硼酸酯。
6.根据权利要求1所述基于正丁基锂制备硼酸酯的方法，其特征在于，所述芳香族羧酸为苯甲酸、4-溴苯甲酸、4-氟苯甲酸、1-萘甲酸、2-甲氧基苯甲酸、邻羧基苯乙酸、3-吲哚乙酸、2-苯基丁酸、2-甲基-5-溴-苯甲酸、4-叔丁基苯甲酸、2-溴苯甲酸、4-碘苯甲酸、3-苯丙酸或者二苯基乙酸。
7.根据权利要求1所述基于正丁基锂制备硼酸酯的方法，其特征在于，所述正丁基锂的用量为芳香族羧酸摩尔量的0.4%～0.6%。
8.根据权利要求1所述基于正丁基锂制备硼酸酯的方法，其特征在于，所述硼氢化反应的时间为40～50分钟。
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