CN111760593A

CN111760593A - 脱质子苯基桥连β-酮亚胺锂化合物在硼氢化反应中的应用

Info

Publication number: CN111760593A
Application number: CN202010550205.2A
Authority: CN
Inventors: 薛明强; 徐晓娟; 周帅; 康子晗; 洪玉标; 刘倩倩
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2020-06-16
Filing date: 2020-06-16
Publication date: 2020-10-13
Also published as: WO2021253847A1

Abstract

本发明公开了脱质子苯基桥连β‑酮亚胺锂化合物在硼氢化反应中的应用，所述硼氢化反应以酯、硼烷为反应底物。本发明利用首次公开的脱质子苯基桥连β‑酮亚胺锂化合物催化酯和频哪醇硼烷的硼氢化反应，从而开发出一类高效的催化硼氢化反应的方法，其结构简单，合成容易，可以高活性的催化酯和硼烷的硼氢化反应，与已有的催化体系相比，降低了催化剂用量，温度较温和，并且产率较高。

Description

脱质子苯基桥连β-酮亚胺锂化合物在硼氢化反应中的应用

技术领域

本发明涉及一种锂化合物及其在有机合成领域中的应用，具体涉及一种脱质子β-酮亚胺锂化合物、其制备方法及其在酯的硼氢化反应中的应用。

背景技术

近年来，酯的硼氢化反应成为了科研工作者们的研究热点之一，关于酯的硼氢化反应的报道越来越多，主要涉及了主族金属催化剂和稀土金属催化剂。2014年，Sadow课题组报道了一种Mg配合物To^MMgMe (To^M = 三(4,4-二甲基-2-恶唑啉基)苯基硼酸酯)可以高效的催化酯的硼氢化反应，通过酯裂解提供烷氧基硼烷产物[Mukherjee, D.; Ellern,A.; Sadow, A. D. Chem. Sci. 2014, 5, 959.]。2017年，Nembenna课题组报道了镁酰胺配合物例如Mg{N(SiMe₃)₂}₂，可以高效的催化多种酯和频哪醇硼烷的反应[Barman, M. K.;Baishya, A.; Nembenna, M. Dalton Trans. 2017, 46, 4152.]。2019年，Sadow课题组报道了一种含有 Ln-C 键的稀土配合物 La{C(SiHMe₂)₃}₃催化酯和频哪醇硼烷的硼氢化还原[Patnaik, S.; Sadow, A. D. Angew. Chem. 2019, 131, 2527.]。

发明内容

本发明的发明目的是提供脱质子苯基桥连β-酮亚胺锂化合物在硼氢化反应中的应用，为一种新的酯硼氢化反应方法，有好的底物适用范围。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

脱质子苯基桥连β-酮亚胺锂化合物在硼氢化反应中的应用，所述硼氢化反应以酯、硼烷为反应底物。

本发明还公开了一种合成硼酸酯的方法，包括以下步骤，以脱质子苯基桥连β-酮亚胺锂化合物为催化剂，以酯和硼烷为原料，经过硼氢化反应制备硼酸酯。

本发明所述脱质子苯基桥连β-酮亚胺锂化合物的化学结构式如下：

。

上述技术方案中，硼氢化反应的温度为室温～60^oC，时间为1.5～2.5小时，然后接触空气终止反应，得到不同取代基的硼酸酯。

上述技术方案中，所述的硼烷为频哪醇硼烷；所述酯为γ-戊内酯、乙酸甲酯、苯甲酸苄酯、苯甲酸甲酯、4-溴苯甲酸甲酯。

上述技术方案中，所述催化剂的用量为酯的摩尔量的1%，所述硼烷和酯的摩尔比为2.2:1。

本发明中，上述脱质子苯基桥连β-酮亚胺锂化合物的制备方法包括以下步骤，将小分子有机锂溶液与配体溶液混合，然后反应，得到催化剂脱质子苯基桥连β-酮亚胺锂化合物；所述配体的化学结构式如下：

。

本发明中，小分子有机锂溶液中，小分子有机锂包括正丁基锂，溶剂为烷基溶剂，比如己烷；配体溶液中，溶剂为醚类溶剂，比如四氢呋喃。

本发明，小分子有机锂与配体的摩尔比为4∶1，该比例在β-酮亚胺阴离子配体的合成应用中未曾报道过。

合成硼酸酯的反应示意如下：

Cat: [L^ph’Li₄(THF)₄]₂{L^ph’ = C₆H₄[N(CH₃)C=CHCO=CH₂]₂}

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：

本发明利用首次公开的脱质子苯基桥连β-酮亚胺锂化合物催化酯和频哪醇硼烷的硼氢化反应，从而开发出一类高效的催化硼氢化反应的方法，其结构简单，合成容易，可以在60^oC条件下高活性的催化酯和硼烷的硼氢化反应，催化剂用量仅为酯摩尔量的1%，反应可达90%以上的收率，与已有的催化体系相比，降低了催化剂用量，温度较温和，并且产率较高。

具体实施方式

本发明的催化剂来自于申请人同日提交的另一篇发明申请，发明名称为一种脱质子β-酮亚胺锂化合物及其制备方法。现有有机锂试剂比如正丁基锂存储需要严格的条件，比如通风、干燥、防水、防热，而且使用时对实验人员有危害，本发明公开的脱质子苯基桥连-酮亚胺锂化合物存储简易，常规放在玻璃瓶中，放入常规试剂柜即可，可以一次大量制备，后续直接使用，使用时对实验人员无害。

本发明涉及的原料都是市售产品，在本发明制备方法下，具体的操作步骤以及测试提纯方法都是本领域常规方法；合成例的反应都在空气中进行。

合成例

间苯基桥连β-酮亚胺配体(L^phH₂)的合成

在三颈瓶中加入150 ml无水乙醇，10.8 g间苯二胺 (100 mmol)，20.5 mL乙酰丙酮(200 mmol)，催化量对甲苯磺酸，加热回流24小时，得到红棕色液体及淡黄色固体混合物，抽滤，固体用无水乙醇重结晶，得淡黄色针状晶体24.5 g，得率90%，为配体L^phH₂。¹H NMR(400 MHz, CDCl₃)：δ12.47 (2H, s, NH)，7.32-7.27 (1H, m, ArH), 6.94-6.91 (2H, m,ArH), 6.86 (1H, s, ArH), 5.21 (2H, s, CH=C(CH₃)N)，2.10 (6H, s, CH₃)，2.01 (6H,s, CH₃)。¹³C NMR (101 MHz, CDCl₃): δ196.54 (COCH₃), 159.62 (C=CH), 139.63 (Ar-C), 129.71 (Ar-C), 121.45 (Ar-C), 120.43 (Ar-C), 98.20 (=CH), 29.25 (CH₃),19.94 (CH₃)。HRMS (ESI-MS) calcd. for C₁₆H₂₀N₂O₂ [M+H]⁺: 273.1558, found:273.1633。

脱质子苯基桥连β-酮亚胺锂化合物[L^ph’Li₄(THF)₄]₂的合成

L^phH₂ + 4 n-BuLi → 1/2 [L^ph’Li₄(THF)₄]₂ + 4 n-BuH ↑

在冰浴条件下，将正丁基锂的己烷溶液(19.40 mmol, 2.5 M)加入到L^phH₂ (4.85mmol)的四氢呋喃溶液中，溶液由淡黄色清液逐渐变为浅桔红色浊液，1分钟加完之后，在室温下反应12 h；反应结束后，对反应液加热（100^oC）使其变成桔红色清液，清液浓缩至浑浊后离心，将上层清液继续浓缩至碎晶产生，加热溶解，然后自然冷却至室温，封瓶，室温下静置1h，析出淡黄色晶体[L^ph’Li₄(THF)₄]₂{L^ph’ = C₆H₄[N(CH₃)C=CHCO=CH₂]₂}，常规分离干燥，得到2.13 g产物，产率75%。熔点：194.6-196.7 ^oC。¹H NMR (400 MHz, C₂D₆SO)：δ7.60-7.13(2H, m, ArH), 7.00-6.96 (2H, m, ArH), 6.09 (2H, s), 4.55 (4H, s)，1.69-1.66(6H, m)。¹³C NMR (101 MHz, C₂D₆SO): δ179.53, 163.77, 154.04, 129.35, 127.83,117.68, 116.40, 95.55, 28.88, 21.95。IR (KBr): 2972.71, 2869.81, 1590.41,1500.86, 1468.03, 1412.07, 1360.89, 1318.03, 1280.73, 1238.47, 1146.11,1053.76, 1019.62, 970.28, 924.75, 887.93, 806.76, 748.66, 699.55, 643.56。

化合物[L^ph’Li₄(THF)₄]₂：

实施例一：[L^ph’Li₄(THF)₄]₂催化苯甲酸苄酯和频哪醇硼烷的还原反应

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催化剂5.84 mg（0.005mmol），用移液枪依次加入苯甲酸苄酯 (94.9 μL, 0.5 mmol)，频哪醇硼烷 (159.6 μL,1.1 mmol)，THF (200 μL), 在60 ^oC反应120 min后，以均三甲苯(69.6 μL, 0.5 mmol)为内标，搅拌均匀后，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: ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ 7.34 – 7.22 (m, 10H, ArH), 4.91(s, 4H, OCH₂), 1.25 (s, 24H, CH₃)。

实施例二：[L^ph’Li₄(THF)₄]₂催化乙酸甲酯和频哪醇硼烷的还原反应

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催化剂5.84 mg，用移液枪依次加入乙酸甲酯 (39.7 μL, 0.5 mmol)，频哪醇硼烷 (159.6 μL, 1.1 mmol)，THF (200μL), 在60 ^oC反应120 min后，以均三甲苯(69.6 μL, 0.5 mmol)为内标，搅拌均匀后，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95%。产物的核磁数据: ¹HNMR (400 MHz, CDCl₃) δ3.87 (q, J = 7.1 Hz, 2H, OCH₂), 1.22 (s, 24H, OBpin),1.19 (t, J = 6.0 Hz, 3H, CH₃)。

实施例三：[L^ph’Li₄(THF)₄]₂催化γ-戊内酯和频哪醇硼烷的还原反应

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催化剂5.84 mg，用移液枪依次加入γ-戊内酯 (45.3 μL, 0.5 mmol)，频哪醇硼烷 (159.6 μL, 1.1 mmol)，THF(200 μL), 在25 ^oC反应20 min后，以均三甲苯(69.6 μL, 0.5 mmol)为内标，搅拌均匀后，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30%。

实施例四：[L^ph’Li₄(THF)₄]₂催化γ-戊内酯和频哪醇硼烷的还原反应

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催化剂5.84 mg，用移液枪依次加入γ-戊内酯 (45.3 μL, 0.5 mmol)，频哪醇硼烷 (159.6 μL, 1.1 mmol)，THF(200 μL), 在25 ^oC反应120 min后，以均三甲苯(69.6 μL, 0.5 mmol)为内标，搅拌均匀后，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98%。产物的核磁数据: ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ3.82 (t, J = 6.5 Hz, 4H, OCH₂), 1.58 (dt, J =14.6, 6.8 Hz , 4H, CH₂), 1.43-1.36 (m, 2H, CH₂), 1.23 (s, 24H, OBpin)。

实施例五：[L^ph’Li₄(THF)₄]₂催化对溴苯甲酸甲酯和频哪醇硼烷的还原反应

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催化剂5.84 mg，用移液枪依次加入对溴苯甲酸甲酯 (107.52 mg, 0.5 mmol)，频哪醇硼烷 (159.6 μL, 1.1 mmol)，THF (200 μL), 在60 ^oC反应120 min后，以均三甲苯(69.6 μL, 0.5 mmol)为内标，搅拌均匀后，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98%。产物的核磁数据: ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ7.40 (d, J = 8.3 Hz, 2H, ArCH), 7.17 (d, J =8.2 Hz, 2H, ArCH), 4.82 (s, 2H, OCH₂), 1.20 (s, 12H, OBpin), 1.19 (s, 12H,OBpin)。

对比例

催化剂更换为同摩尔量的：

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催化剂1.08 mg，用移液枪依次加入对溴苯甲酸甲酯 (107.52 mg, 0.5 mmol)，频哪醇硼烷 (159.6 μL, 1.1 mmol)，THF (200 μL), 在60 ^oC反应120 min后，以均三甲苯(69.6 μL, 0.5 mmol)为内标，搅拌均匀后，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25%。

内标计算收率：

本发明硼酸酯的提纯方法：反应结束后，将反应瓶中的反应混合液过滤，滤液放入真空干燥箱中，通过减压除去过量的频哪醇硼烷和溶剂THF，得到纯的硼酸酯产物。

β-酮亚胺作为一类重要的非茂基配体，具有易于合成，其电荷及空间效应可通过α位及β位的取代基的改变得以方便调控，以及可以通过多种配位方式与金属配位，从而形成结构多样性的金属配合物等特点。然而，与β-二亚胺阴离子配体在有机金属化学上的研究相比，β-酮亚胺阴离子配体的应用报道却很少。已有的报道集中在单负离子β-酮亚胺为骨架的配合物上。关于双负离子β-酮亚胺配体的化合物(配合物)迄今为止没有报道。

本发明通过邻苯基桥连的β-酮亚胺配体L^phH₂与四倍当量的正丁基锂己烷溶液在THF中反应时，却可以方便地得到脱质子的邻苯基桥连的β-酮亚胺锂化合物，在该化合物中，每个β-酮亚胺单元都是双负离子，而双负离子β-酮亚胺基由于是一类活泼性很高的基团，例如可以和含有活泼氢的小分子以及不饱和键有机小分子反应。同时，该化合物也可以作为进一步合成双负离子β-酮亚胺稀土金属配合物的前体。将该化合物应用于酯的硼氢化反应中，当以1 mol% 脱质子苯基桥连β-酮亚胺锂化合物为催化剂，反应温度为25-60 ^oC，反应时间为120 min，可以实现酯和频哪醇硼烷的高效还原。

Claims

1.脱质子苯基桥连β-酮亚胺锂化合物在硼氢化反应中的应用，其特征在于，所述硼氢化反应以酯、硼烷为反应底物；所述脱质子苯基桥连β-酮亚胺锂化合物的化学结构式如下：

。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，硼氢化反应的温度为室温～60^oC，时间为1.5～2.5小时。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的硼烷为频哪醇硼烷；所述酯为γ-戊内酯、乙酸甲酯、苯甲酸苄酯、苯甲酸甲酯、4-溴苯甲酸甲酯。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，将小分子有机锂溶液与配体溶液混合，然后反应，得到催化剂脱质子苯基桥连β-酮亚胺锂化合物；所述配体的化学结构式如下：

。

5.一种合成硼酸酯的方法，包括以下步骤，以脱质子苯基桥连β-酮亚胺锂化合物为催化剂，以酯和硼烷为原料，经过硼氢化反应制备硼酸酯；所述脱质子苯基桥连β-酮亚胺锂化合物的化学结构式如下：

。

6.根据权利要求5所述合成硼酸酯的方法，其特征在于，所述催化剂的用量为酯的摩尔量的1%，所述硼烷和酯的摩尔比为2.2:1。