CN111253427A - 正丁基锂在催化醛和硅烷的氰硅化反应中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了正丁基锂在催化醛和硅烷氰硅化反应中的应用，具有高的催化活性，低的催化剂用量，有很好的底物试用范围，将正丁基锂、醛、硅烷混合后，氰硅化反应得到氰醇化合物。本发明的正丁基锂试剂，具有商品化易于获得，成本低、无需溶剂绿色环保等优点，对于醛有很好的催化效果，底物试用范围广。本发明的商品化正丁基锂使用较低的催化剂用量，高效的催化醛的氰硅化反应。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机锂化合物的应用领域，具体涉及商品化的正丁基锂在催化醛和三甲基氰硅烷的氰硅化反应中的应用。
背景技术
在有机化学中，氰基硅烷化反应是最基本的碳-碳键形成反应之一。生成的氰醇在工业上是很有价值的底物和重要的中间体，因为它们可以进一步转化为许多有价值的有机化合物，例如α-羟基酸，α-氨基酸，β-氨基醇等。到目前为止，三甲基氰硅烷（TMSCN）是最常用的氰化试剂，可以将其转化为氰醇三甲基甲硅烷基醚。近些年，化学工作者们开发出各类催化剂，应用于催化羰基化合物与TMSCN的氰硅化反应，与过渡金属催化剂对羰基氰基硅烷化的广泛研究相比，主族金属催化例如Al，Bi和Ca等催化羰基化合物和TMSCN的氰基硅烷化直到最近才引起人们越来越多的关注，特别是对于醛的氰硅化。目前文献上报道的关于合成本发明所报道的醛的氰硅化的催化体系主要包括主族金属催化[(a)V.S.V.S.N. Swamy,M.K. Bisai, T. Das, S.S. Sen, Chem. Commun. 2017, 53, 6910; (b) M.K. Bisai,T. Das, K. Vanka, S.S. Sen, Chem. Commun. 2018, 54, 6843; (c) W. Wang, M.Luo, J. Li, S.A. Pullarkat, M. Ma, Chem. Commun. 2018, 54, 3042; (d) J.Li,T.Yu, M.Luo, Q.Xiao, W.Yao, L.Xu, M.Ma, J. Organomet. Chem.2018, 874, 83; (e)S. Yadav, R. Dixit, K. Vanka, S.S. Sen, Chem. Eur J. 2017, 24, 1269.]、过渡金属催化[(a）M.K. Sharma, D. Singh, P. Mahawar, R. Yadav, S. Nagendran, Dalton Trans.2018, 47, 5943; (b) A.V. Gurbanov, G. Mahmoudi, M.F.C. Guedes da Silva,F.I. Zubkov, K.T. Mahmudov, A.J.L. Pombeiro, Inorg. Chim. Acta. 2018, 471,130; (c) Z. Zhang, Z. Wang, R. Zhang, K. Ding, Angew. Chem. Int. Ed.2010, 49,6746.] 以及稀土金属催化 [ (a) H. An, Y. Zhang, Y. Hou, T. Hu, W. Yang, S.Chang, J. Zhang, Dalton Trans. 2018, 47, 9079; (b) F. Wang, Y. Wei, S. Wang,X. Zhu, S. Zhou, G. Yang, X. Gu, G. Zhang, X. Mu, Organometallics, 2015, 34,86.]。然而，迄今为止，关于主族金属催化酮的氰硅化的报道比较少，而且现有催化剂合成比较困难，底物试用范围受到限制。
发明内容
本发明的发明目的是提供商品化的正丁基锂试剂的应用，其可以催化醛和三甲基氰硅烷（TMSCN）反应，同时具有高的催化活性，低的催化剂用量，有很好的底物试用范围。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
正丁基锂在催化醛和硅烷氰硅化反应中的应用。
本发明公开了一种氰醇化合物的制备方法，包括以下步骤，将正丁基锂、醛、硅烷混合后，氰硅化反应得到氰醇化合物。
本发明中，硅烷为三甲基氰硅烷；醛的化学结构式如下：
氰醇化合物的化学结构式如下：
其中TMS为三甲基硅基团；R取代基来自醛。
本发明中，醛为苯甲醛、对溴苯甲醛、对氟苯甲醛、对甲基苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、肉桂醛、2-噻吩甲醛等。
本发明中，所述正丁基锂的用量为醛的摩尔量的0.01～0.1 %；所述硅烷、醛的摩尔比为1～1.2:1，优选1.1:1。
本发明公开了商品化的正丁基锂试剂催化醛与TMSCN反应合成氰醇，因此本发明请求保护上述正丁基锂作为催化剂在催化醛与TMSCN氰硅化反应制备氰醇中的应用。
上述技术方案中，所述氰硅化反应温度为室温，时间为20～50分钟。
本发明还公开了上述商品化的正丁基锂试剂作为催化剂在制备氰醇中的应用，具体步骤为：
在惰性气体氛围下，将催化剂、TMSCN和醛搅拌混合均匀，然后进行氰硅化反应；反应结束后接触空气中止反应，反应液减压处理，得到不同取代的产物，氰醇化合物。
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.本发明首次以商品化的正丁基锂催化醛和TMSCN的氰硅化反应，从而开发出一类新型高效的催化氰硅化反应的催化剂，其结构简单，成本低廉，易于获得，不仅拓展了正丁基锂的应用，更丰富了醛与TMSCN的合成反应的方法。
2.本发明公开的正丁基锂可以在室温条件下高活性的催化醛和TMSCN的氰硅化反应，催化剂用量仅为醛摩尔量的0.01 - 0.05 %，反应可达到99%以上的收率，与已有的催化体系相比，既降低了催化剂用量，并且提高了产率。
本发明公开的正丁基锂对底物的适用范围宽，适用于不同取代基位置、不同电子效应的醛，并且反应过程简单可控，收率高，产物后处理容易。
附图说明
图1为实施例一产物的核磁图；
图2为实施例六产物的核磁图；
图3为实施例十二产物的核磁图。
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: 正丁基锂催化苯甲醛和TMSCN的反应
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中用移液枪依次加入苯甲醛（101.6 μL, 1 mmol），三甲基氰硅烷 (137.6 μL, 1.1 mmol)，最后加入0.1% 催化剂n-BuLi (20 μL, 0.01 M in THF), 在rt反应30 min后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为99%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ7.41 – 7.30 (m, 5H, ArH), 5.42 (s, 1H, CH), 0.16 (s, 9H, CH3)，图1为其核磁谱图。
对比例：
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中用移液枪依次加入苯甲醛（101.6 μL, 1 mmol），三甲基氰硅烷 (137.6 μL, 1.1 mmol)，在rt反应30 min后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为9%。
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中用移液枪依次加入苯甲醛（101.6 μL, 1 mmol），三甲基氰硅烷 (137.6 μL, 1.1 mmol)，最后加入0.1% 催化剂LiCl(20 μL, 0.01 M in THF), 在rt反应30 min后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为15%。产物的核磁数据同上。
实施例二: 正丁基锂催化苯甲醛和TMSCN的反应
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中用移液枪依次加入苯甲醛（101.6 μL, 1 mmol），三甲基氰硅烷 (150.1 μL, 1.2 mmol)，最后加入0.1 % 催化剂n-BuLi (20 μL, 0.01 M in THF), 在rt反应30 min后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为99%。产物的核磁数据同实施例一。
对比例：
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中用移液枪依次加入苯甲醛（101.6 μL, 1 mmol），三甲基氰硅烷 (150.1 μL, 1.2 mmol)，在rt反应30 min后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为11%。
实施例三：正丁基锂催化苯甲醛和TMSCN的反应
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中用移液枪依次加入苯甲醛（101.6 μL, 1 mmol），三甲基氰硅烷 (125.1 μL, 1 mmol)，最后加入0.1% 催化剂n-BuLi(20 μL, 0.01 M in THF), 在rt反应30 min后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为93%。产物的核磁数据同实施例一。
实施例四：正丁基锂催化苯甲醛和TMSCN的反应
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中用移液枪依次加入苯甲醛（101.6 μL, 1 mmol），三甲基氰硅烷 (137.6 μL, 1.1 mmol)，最后加入0.01 % 催化剂n-BuLi (2 μL, 0.01 M in THF), 在rt反应30 min后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为96%。产物的核磁数据同实施例一。
实施例五：正丁基锂催化苯甲醛和TMSCN的反应
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中用移液枪依次加入苯甲醛（101.6 μL, 1 mmol），三甲基氰硅烷 (137.6 μL, 1.1 mmol)，最后加入0.01 % 催化剂n-BuLi (2 μL, 0.01 M in THF), 在rt反应50 min后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为99%。产物的核磁数据同实施例一。
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中用移液枪依次加入苯甲醛（101.6 μL, 1 mmol），三甲基氰硅烷 (137.6 μL, 1.1 mmol)，最后加入0.05% 催化剂n-BuLi (10 μL, 0.01 M in THF), 在rt反应40 min后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为99%。产物的核磁数据同实施例一。
实施例六：正丁基锂催化对溴苯甲醛和TMSCN的反应
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中依次加入对溴苯甲醛（185.6mg, 1 mmol），三甲基氰硅烷 (138.0 μL, 1.1 mmol)，最后加入0.01 % 催化剂n-BuLi (2μL, 0.01 M in THF), 在rt反应50 min后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为99%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.56 – 7.54(d, J = 8.5 Hz, 2H, ArH), 7.36 – 7.34 (d, J = 8.3 Hz, 2H, ArH), 5.45 (s, 1H,CH), 0.24 (s, 9H, CH3) ，图2为其核磁谱图。
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中依次加入对溴苯甲醛（185.6 mg, 1 mmol），三甲基氰硅烷 (138.0 μL, 1.1 mmol)，最后加入0.05% 催化剂n-BuLi (10 μL, 0.01 M in THF), 在rt反应35min后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为99%。产物的核磁数据同上。
对比例
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中依次加入对溴苯甲醛（185.6mg, 1 mmol），三甲基氰硅烷 (138.0 μL, 1.1 mmol)，在rt反应50 min后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为6%。产物的核磁数据同上。
实施例七：正丁基锂催化对氯苯甲醛和TMSCN的反应
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中依次加入对氯苯甲醛（140.1mg, 1 mmol），三甲基氰硅烷 (137.6 μL, 1.1 mmol)，最后加入0.01 % 催化剂n-BuLi (2μL, 0.01 M in THF), 在rt反应50 min后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为99%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.31 (s, 4H,ArH), 5.41 (s, 1H, CH), 0.16 (s, 9H, CH3)。
实施例八：正丁基锂催化对氟苯甲醛和TMSCN的反应
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中用移液枪依次加入对氟苯甲醛（107.2 μL, 1 mmol），三甲基氰硅烷 (137.6 μL, 1.1 mmol)，最后加入0.01 % 催化剂n-BuLi (2 μL, 0.01 M in THF), 在rt反应50 min后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为99%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ7.46 (dd, J = 8.7, 5.2 Hz, 2H, ArH), 7.09 (t, J = 8.6 Hz, 2H, ArH), 5.49 (s,1H, CH), 0.23 (s, 9H, CH3)。
实施例九：正丁基锂催化对甲氧基苯甲醛和TMSCN的反应
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中用移液枪依次加入对甲氧基苯甲醛（121.4 μL, 1 mmol），三甲基氰硅烷 (137.6 μL, 1.1 mmol)，最后加入0.05 % 催化剂n-BuLi (10 μL, 0.01 M in THF), 在rt反应50 min后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为99%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ7.40 - 7.38 (d, J = 8.6 Hz, 2H, ArH), 6.94 - 6.91 (d, J = 8.7 Hz, 2H, ArH),5.44 (s, 1H, CH), 3.82 (s, 3H, OCH3), 0.21 (s, 9H, CH3)。
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中用移液枪依次加入对甲氧基苯甲醛（121.4 μL, 1 mmol），三甲基氰硅烷 (137.6 μL, 1.1 mmol)，最后加入0.1 % 催化剂n-BuLi (20 μL, 0.01 M in THF), 在rt反应35 min后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为99%。产物的核磁数据同上。
实施例十：正丁基锂催化对甲基苯甲醛和TMSCN的反应
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中用移液枪依次加入对甲基苯甲醛（117.9 μL, 1 mmol），三甲基氰硅烷 (137.6 μL, 1.1 mmol)，最后加入0.05 % 催化剂n-BuLi (10 μL, 0.01 M in THF), 在rt反应50 min后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为99%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ7.40 - 7.38 (d, J = 8.0 Hz, 2H, ArH), 7.24 - 7.22 (d, J = 8.1 Hz, 2H, ArH),5.49 (s, 1H, CH), 2.38 (s, 3H, CH3), 0.25 (s, 9H, CH3)。
实施例十一：正丁基锂催化肉桂醛和TMSCN的反应
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中用移液枪依次加入肉桂醛（125.8 μL, 1 mmol），三甲基氰硅烷 (137.6 μL, 1.1 mmol)，最后加入0.05 % 催化剂n-BuLi (10 μL, 0.01 M in THF), 在rt反应45 min后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为99%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ7.43 - 7.32 (m, 5H, ArH), 6.83 (d, J = 14.9 Hz, 1H, ArCH=CH), 6.20 (dd, J =15.8, 6.0 Hz, 1H, ArCH=CH),5.12 (s, 1H, CH), 0.27 (s, 9H, CH3)。
实施例十二：正丁基锂催化2-噻吩甲醛和TMSCN的反应
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中用移液枪依次加入2-噻吩甲醛（93.4 μL, 1 mmol），三甲基氰硅烷 (137.6 μL, 1.1 mmol)，最后加入0.05 % 催化剂n-BuLi (10 μL, 0.01 M in THF), 在rt反应50 min后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为99%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ7.36 (d, J = 5.1 Hz, 1H, C4H3S), 7.19 (d, J = 3.6 Hz, 1H, C4H3S), 7.00 (dd, J = 5.0, 3.6 Hz, 1H, C4H3S), 5.73 (s, 1H, CH), 0.24 (s, 9H, CH3) ，图3为其核磁谱图。
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中用移液枪依次加入2-噻吩甲醛（93.4 μL, 1 mmol），三甲基氰硅烷 (137.6 μL, 1.1 mmol)，最后加入0.1 % 催化剂n-BuLi (20 μL, 0.01 M in THF), 在rt反应40 min后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为99%。产物的核磁数据同上。
对比例
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中用移液枪依次加入2-噻吩甲醛（93.4 μL, 1 mmol），三甲基氰硅烷 (137.6 μL, 1.1 mmol), 在rt反应50 min后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为10%。产物的核磁数据同上。
本发明所有反应在室温下进行，在惰性气体氛围下选择在手套箱中进行，催化剂n-BuLi的用量比例以摩尔量计，以醛为基数；反应结束后接触空气终止反应，然后用滴管吸取一滴于核磁管中测试核磁，收率；本发明实施例采用市购正丁基锂配置成稳定的四氢呋喃溶液，可以存储一年以上，催化剂性能不变，且储存条件简单，常规放置在试剂柜中即可，使用方便，如果直接使用纯的正丁基锂，同样的制备方法，得到的产物收率与采用正丁基锂四氢呋喃溶液一致。
Claims (10)
1.正丁基锂在催化醛和硅烷氰硅化反应中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，将正丁基锂、醛、硅烷混合后，氰硅化反应得到氰醇化合物。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，硅烷为三甲基氰硅烷；醛的化学结构式如下：
氰醇化合物的化学结构式如下：
其中TMS为三甲基硅基团；R取代基来自醛。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述正丁基锂的用量为醛的摩尔量的0.01～0.1 %；所述硅烷、醛的摩尔比为1～1.2:1。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述氰硅化反应温度为室温，时间为20～50分钟。
6.一种氰醇化合物的制备方法，其特征在于，将正丁基锂、醛、硅烷混合后，氰硅化反应得到氰醇化合物。
7.根据权利要求6所述氰醇化合物的制备方法，其特征在于，所述正丁基锂的用量为醛的摩尔量的0.01～0.1 %；所述硅烷、醛的摩尔比为1～1.2:1。
8.根据权利要求6所述氰醇化合物的制备方法，其特征在于，所述醛包括苯甲醛、对溴苯甲醛、对氟苯甲醛、对甲基苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、肉桂醛、2-噻吩甲醛；硅烷为三甲基氰硅烷。
9.根据权利要求6所述氰醇化合物的制备方法，其特征在于，所述氰硅化反应温度为室温，时间为20～50分钟。
10.正丁基锂作为催化剂在催化醛与TMSCN氰硅化反应制备氰醇中的应用。
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