CN109651083B - 基于正丁基锂制备脂肪族醇的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于正丁基锂制备脂肪族醇的方法，在惰性气体氛围下，将硼烷和脂肪族羧酸混合，再加入催化剂正丁基锂，然后进行硼氢化反应；硼氢化反应结束后加入硅胶、甲醇，进行水解反应，得到脂肪族醇。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0.2 mol%，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脂肪族醇的产率高。
Description
技术领域
本发明涉及的有机醇的制备技术，具体涉及一种基于正丁基锂制备脂肪族醇的方法。
背景技术
由于硼酸酯的稳定性和低毒性，被广泛应用于各个领域，它还是合成醇化合物的主要原料。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。脂肪族羧酸一般为液体，脂肪族羧酸与频哪醇硼烷的反应为均相反应。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。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脂肪族羧酸硼氢化反应制备硼酸酯进而制备脂肪族醇的方法，即以正丁基锂为高效催化剂催化羧酸与硼烷在室温下发生硼氢化反应，然后简单水解得到醇。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
基于正丁基锂制备脂肪族醇的方法，包括以下步骤，在惰性气体氛围下，将硼烷和脂肪族羧酸混合，再加入催化剂正丁基锂，然后进行硼氢化反应；硼氢化反应结束后加入硅胶、甲醇，进行水解反应，得到脂肪族醇。
本发明将制备的硼酸酯水解得到醇化合物，水解的条件为50℃下反应115分钟；具体为向硼氢化反应后的体系中加入适量硅胶，以甲醇为溶剂，50℃下反应115分钟，反应结束后，用乙酸乙酯萃取三次，合并有机层，用无水硫酸钠干燥，减压除去溶剂，通过硅胶（100-200目）柱色谱法纯化，用乙酸乙酯/己烷（1：5体积比）混合物作为洗脱剂，得到脂肪族醇。
本发明中，所述正丁基锂为商业化的正丁基锂试剂，被用于多种体系，但是从未有关于用于羧基与硼烷反应体系的启示。
上述技术方案中，所述硼烷为频哪醇硼烷；所述脂肪族羧酸为乙酸、己酸、戊酸、庚酸、三甲基乙酸、己二酸等。
上述技术方案中，所述脂肪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10～20分钟。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。
上述技术方案中，正丁基锂的用量为脂肪族羧酸摩尔量的0.1%～0.3%。
本发明中，脂肪族羧酸与硅胶、甲醇的用量比为1mmoL:2.2g:6mL。
本发明公开的硼氢化反应的具体步骤为：
室温下，在惰性气体氛围下，将硼烷和脂肪族羧酸混合，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，减压除去溶剂后加入硅胶、甲醇，水解反应得到脂肪族醇。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：
R来自脂肪族羧酸。
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脂肪族羧酸与硼烷发生硼氢化反应，进而简单水解制备醇，高度符合原子经济合成。
2.本发明公开的正丁基锂催化脂肪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0.2%)，反应条件温和(室温)，反应时间短(10～20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脂肪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: 正丁基锂催化乙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乙酸(28.6 μL,0.5mmol），用移液枪加入频哪醇硼烷(290 μL, 2 mmol)，最后加入10 μL正丁基锂的四氢呋喃溶液(0.1M) (0.2 mol%用量，下同)，在室温下硼氢化反应15分钟，将反应液接触空气，得到产物硼酸酯，以均三甲氧基苯 (84.08 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%，当频哪醇硼烷(218 μL, 1.5 mmol)时，收率95%；频哪醇硼烷(363 μL, 2.5 mmol)时，收率99%；产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3)：δ3.85(q, 2H, CH2), 1.23 (s, 36H, CH3), 1.21 (br s, 3H, CH3)。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；如果将正丁基锂换为2,4-二(2,6-二异丙基苯胺基)-2-戊烯基锂经计算1H产率为15%，未进行水解反应。
向上述硼氢化反应后除去溶剂的体系中加入1.1g硅胶、3mL甲醇，50℃下反应115分钟，反应结束后，用乙酸乙酯萃取三次，合并有机层，用无水硫酸钠干燥，减压除去溶剂，通过硅胶（100-200目）柱色谱法纯化，用乙酸乙酯/己烷（1：5体积比）混合物作为洗脱剂，得到脂肪族醇。核磁产率为95%。产物的核磁数据：1H NMR (400 MHz, CDCl3)：δ 3.69 (q, 2H,CH2), 2.92 (br s, 1H,OH), 1.22 (br s, 3H, 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: 正丁基锂催化戊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戊酸(54.38 μL,0.5mmol），用移液枪加入频哪醇硼烷(290 μL, 2 mmol)，最后加入正丁基锂(0.2 mol%用量)的四氢呋喃溶液，在室温下反应15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 (84.12 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93%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3)： δ 3.81(t, 2H,OCH2), 1.51-1.55 (m, 2H,CH2), 1.29-1.51 (m, 4H, CH2), 1.27（s, 36H, CH)，0.85(t, 3H, CH3)。向上述硼氢化反应后除去溶剂的体系中加入1.1g硅胶、3mL甲醇，50℃下反应115分钟，反应结束后，用乙酸乙酯萃取三次，合并有机层，用无水硫酸钠干燥，减压除去溶剂，通过硅胶（100-200目）柱色谱法纯化，用乙酸乙酯/己烷（1：5体积比）混合物作为洗脱剂，得到醇化合物。核磁产率为92%。产物的核磁数据：1H NMR (400 MHz, CDCl3)：δ 3.63(t, 2H, OCH2), 1.59 (m, 2H,CH2), 1.35 (m,2H, CH2), 2.35（br s, 1H, OH)，0.90 (t,3H, CH3)。
实施例三: 正丁基锂催化己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己酸(62.52 μL,0.5mmol），用移液枪加入频哪醇硼烷(290 μL, 2 mmol)，最后加入4-甲氧基正丁基锂(0.2mol%用量)的四氢呋喃溶液，在室温下反应15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 (84.01 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 3.72 (t,2H, OCH2), 1.45-1.51 (m, 2H,CH2), 1.23-1.34 (m, 6H, CH2), 1.17（s, 48H, CH3)，0.81 (t, 3H, CH3)。向上述硼氢化反应后除去溶剂的体系中加入1.1g硅胶、3mL甲醇，50℃下反应115分钟，反应结束后，用乙酸乙酯萃取三次，合并有机层，用无水硫酸钠干燥，减压除去溶剂，通过硅胶（100-200目）柱色谱法纯化，用乙酸乙酯/己烷（1：5体积比）混合物作为洗脱剂，得到醇化合物。核磁产率为89%。产物的核磁数据：1H NMR (400 MHz, CDCl3)： δ3.75 (t, 2H, OCH2), 1.47-1.52 (m, 2H,CH2), 1.26-1.36 (m, 6H, CH2), 1.71（br s,1H, OH3)，0.82 (t, 3H, CH3)。
实施例四: 正丁基锂催化庚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庚酸(70.90 μL,0.5mmol），用移液枪加入频哪醇硼烷(290 μL, 2 mmol)，最后加入正丁基锂(0.2 mol%用量)的四氢呋喃溶液，在室温下反应15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 (84.05 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96%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3)： δ 3.71(t, 2H,OCH2), 1.40-1.47(m, 2H,CH2), 1.18-1.29 (m, 8H, CH2), 1.22（s, 48H, CH3)，0.76(t, 3H, CH3)。向上述硼氢化反应后除去溶剂的体系中加入1.1g硅胶、3mL甲醇，50℃下反应115分钟，反应结束后，用乙酸乙酯萃取三次，合并有机层，用无水硫酸钠干燥，减压除去溶剂，通过硅胶（100-200目）柱色谱法纯化，用乙酸乙酯/己烷（1：5体积比）混合物作为洗脱剂，得到醇化合物。核磁产率为88%。产物的核磁数据：1H NMR (400 MHz, CDCl3)： δ 3.72(t, 2H, OCH2), 1.42-1.47 (m, 2H,CH2), 1.20-1.30 (m, 8H, CH2), 1.76（br s, 1H,OH3)，0.77 (t, 3H, CH3)。
实施例五: 正丁基锂催化三甲基乙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三甲基乙酸(50.7mg, 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(0.2 mol%用量)的四氢呋喃溶液，在室温下反应15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 (84.08 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 3.41(s, 2H,OCH2), 1.16 (s, 36H, CH3, OBpin & pinBOBpin), 0.81 (s, 9H, CH3)。向上述硼氢化反应后除去溶剂的体系中加入1.1g硅胶、3mL甲醇，50℃下反应115分钟，反应结束后，用乙酸乙酯萃取三次，合并有机层，用无水硫酸钠干燥，减压除去溶剂，通过硅胶（100-200目）柱色谱法纯化，用乙酸乙酯/己烷（1：5体积比）混合物作为洗脱剂，得到醇化合物。核磁产率为92%。产物的核磁数据：1H NMR (400 MHz, CDCl3)： δ 3.20(s, 2H, OCH2), 1.97 (br s,1H, OH), 0.81 (s, 9H, CH3)。
实施例六: 正丁基锂催化己二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己二酸(72.9 mg,0.5mmol），用移液枪加入频哪醇硼烷(508 μL, 3.5 mmol)，最后加入正丁基锂(0.2 mol%用量)的四氢呋喃溶液，在室温下反应15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 (83.90 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 3.75(t, 4H,OCH2), 1.47-1.49 (m, 4H, CH2), 1.27-1.29 (m, 4H, CH2), 1.16 (s, 72H, CH3,OBpin & pinBOBpin)。向上述硼氢化反应后除去溶剂的体系中加入1.1g硅胶、3mL甲醇，50℃下反应115分钟，反应结束后，用乙酸乙酯萃取三次，合并有机层，用无水硫酸钠干燥，减压除去溶剂，通过硅胶（100-200目）柱色谱法纯化，用乙酸乙酯/己烷（1：5体积比）混合物作为洗脱剂，得到醇化合物。核磁产率为92%。产物的核磁数据：1H NMR (400 MHz, CDCl3)： δ3.76 (t, 4H, OCH2), 1.48-1.50 (m, 4H, CH2), 1.29-1.31 (m, 4H, CH2), 2.25 (brs,2H, OH)。
Claims (3)
1.一种基于正丁基锂制备脂肪族醇的方法，包括以下步骤，在惰性气体氛围下，将硼烷和脂肪族羧酸混合，再加入催化剂正丁基锂，然后进行硼氢化反应；硼氢化反应结束后加入硅胶、甲醇，进行水解反应，得到脂肪族醇；所述脂肪族羧酸为己酸、戊酸、庚酸或者三甲基乙酸；所述脂肪族羧酸和硼烷的用量摩尔比为 1:3～1: 7；所述硼氢化反应的时间为10～20分钟；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，再加入硅胶、甲醇；所述硼烷为频哪醇硼烷；脂肪族羧酸与硅胶、甲醇的用量比为1mmoL:2.2g:6mL；水解反应为50℃下反应115分钟。
2.根据权利要求1所述基于正丁基锂制备脂肪族醇的方法，其特征在于，正丁基锂的用量为脂肪族羧酸摩尔量的0.1%～0.2%。
3.根据权利要求1所述基于正丁基锂制备脂肪族醇的方法，其特征在于，水解反应结束后，反应液减压除去溶剂，然后经过柱层析得到脂肪族醇。
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