CN113185414B - 无过渡金属催化的芳香族硝基化合物的硼氢化还原反应 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无过渡金属催化的芳香族硝基化合物的硼氢化还原反应。首次实现以三乙基硼和叔丁醇钾为催化剂,在温和条件下即可方便地催化芳香族硝基化合物与廉价易得的频那醇硼烷发生硼氢化还原反应来制备芳香族胺类产物。与传统方法相比,该方法普遍具备催化剂廉价易得、操作便捷、反应安全等优势。首次实现非过渡金属试剂催化的芳香族硝基化合物与频那醇硼烷选择性发生硼氢化还原反应,为芳香族胺类产物的实验室制备或工业生产提供了一种实用的反应新策略。
Description
技术领域
本发明涉及无过渡金属催化的芳香族硝基化合物的硼氢化还原反应。
背景技术
有机胺类化合物是重要的化学中间体,被广泛应用于药物、天然产物和高分子的合成。芳香族硝基衍生物的还原反应是拓展有机胺类化合物,探索新的胺类药物活性分子和天然产物的重要方法。近些年,广大化学家对芳香族硝基化合物的还原反应进行了大量研究,涌现出了一些成功的还原体系,如:氢气还原(Chem.Rev.,2019,119,2611;Org.ProcessRes.Dev.,2018,22,430;Org.Process Res.Dev.,2012,16,1156.)、硅烷还原(Org.Chem.Front.,2017,4,2437)等,虽然上述方法取得了一定成功,然而大多涉及过量的试剂、漫长的反应时间、苛刻的操作反应条件,特别是还原反应涉及复杂、昂贵的过渡金属催化剂,导致该类反应的应用局限性大、不利于实际应用。因此,开发高效、简单的芳香族硝基衍生物还原方法,特别是广泛存在于天然产物及药物分子中芳香族硝基衍生物的选择性还原反应方法不仅具有重要的经济效益,而且还有良好的环境和社会效益。
近些年,有机硼试剂作为稳定、低成本的氢源为芳香族硝基化合物的还原提供了一种重要的途径,并成功应用于硝基衍生物的还原反应,如:铬催化硝基衍生物与频哪醇硼烷成功制备胺类化合物(J.Am.Chem.Soc.,2021,143,1618)。相对于上述报道的过渡金属催化方法,三乙基硼和叔丁醇钾的催化体系表现出操作简便、廉价易得、成本低等特点。因此,开发利用三乙基硼和叔丁醇钾催化体系应用于芳香族硝基化合物与硼烷发生选择性硼氢化还原反应来制备胺类化合物具有非常好的工业和实验室应用前景。
发明内容
本发明的目的是取代传统或过渡金属催化芳香族硝基化合物还原反应方法,提供一种高效、操作简单、廉价易得的催化还原体系,避免需要使用复杂、昂贵的过渡金属催化剂来进行芳香族硝基化合物的还原,为实验室制备和工业生产提供一种全新策略。
无过渡金属催化的芳香族硝基化合物的硼氢化还原反应,反应方程式为:
根据本发明,所述方法包括以三乙基硼和叔丁醇钾作为催化剂,其中R为烷氧基、卤素、三氟甲基、巯基、氨基、烷基、芳基、杂环、酯基或酰胺基,反应底物为式1化合物,式2频那醇硼烷用量为式1化合物的6当量,催化剂三乙基硼和叔丁醇钾用量为5mol%,反应时间为24小时,反应温度为100℃,以四氢呋喃作为反应溶剂,催化式1化合物与式2化合物发生硼氢化还原反应,得到式3所示的芳香族胺类产物,其反应过程为:氮气环境下,依次将式1化合物、式2化合物、四氢呋喃、三乙基硼和叔丁醇钾加入到10mL封管中,并置于100℃油浴加热搅拌24小时,反应结束,空气环境下,往反应液中加入2mL浓度为1M的氢氧化钠水溶液淬灭反应,随后萃取并收集有机相,通过柱层析分离得到芳香族胺类产物。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明做进一步说明,本发明的具体实施例仅用于说明本发明的技术方案,并非限定本发明。
实施例1,其中芳香族硝基化合物如下:
芳香族硝基化合物结构式:
氮气环境下,依次将芳香族硝基化合物(0.6mmol)、频那醇硼烷(3.6mmol,6.0equiv)、THF(2mL)、三乙基硼(5mol%)、叔丁醇钾(5mol%)加入到10mL封管中,并置于100℃油浴加热搅拌24小时,反应结束,空气环境下,往反应液中加入2mL浓度为1M的氢氧化钠水溶液淬灭反应,随后萃取并收集有机相,通过柱层析分离得到芳香族胺类产物,收率为:84%。产物的核磁数据:1HNMR(400MHz,CDCl3,20℃)δ6.78-6.72(m,2H),6.68-6.61(m,2H),3.75(s,3H),3.41(s,2H).13C{1H}NMR(101MHz,CDCl3,20℃)δ152.9,140.1,116.5,114.9,55.8.
实施例2,其中芳香族硝基化合物如下:
芳香族硝基化合物结构式:
氮气环境下,依次将芳香族硝基化合物(0.6mmol)、频那醇硼烷(3.6mmol,6.0equiv)、THF(2mL)、三乙基硼(5mol%)、叔丁醇钾(5mol%)加入到10mL封管中,并置于100℃油浴加热搅拌24小时,反应结束,空气环境下,往反应液中加入2mL浓度为1M的氢氧化钠水溶液淬灭反应,随后萃取并收集有机相,通过柱层析分离得到芳香族胺类产物,收率为:73%。产物的核磁数据:1H NMR(400MHz,CDCl3,20℃)δ7.14-7.05(m,2H),6.68-6.54(m,2H),3.60(s,2H).13C{1H}NMR(101MHz,CDCl3,20℃)δ145.1,129.2,123.2,116.3.
实施例3,其中芳香族硝基化合物如下:
芳香族硝基化合物结构式:
氮气环境下,依次将芳香族硝基化合物(0.6mmol)、频那醇硼烷(3.6mmol,6.0equiv)、THF(2mL)、三乙基硼(5mol%)、叔丁醇钾(5mol%)加入到10mL封管中,并置于100℃油浴加热搅拌24小时,反应结束,空气环境下,往反应液中加入2mL浓度为1M的氢氧化钠水溶液淬灭反应,随后萃取并收集有机相,通过柱层析分离得到芳香族胺类产物,收率为:74%。产物的核磁数据:1H NMR(400MHz,CDCl3,20℃)δ7.22(d,J=8.6Hz,2H),6.54(d,J=8.6Hz,2H),3.65(s,2H).13C{1H}NMR(101MHz,CDCl3,20℃)δ145.5,132.0,116.8,110.2.
实施例4,其中芳香族硝基化合物如下:
芳香族硝基化合物结构式:
氮气环境下,依次将芳香族硝基化合物(0.6mmol)、频那醇硼烷(3.6mmol,6.0equiv)、THF(2mL)、三乙基硼(5mol%)、叔丁醇钾(5mol%)加入到10mL封管中,并置于100℃油浴加热搅拌24小时,反应结束,空气环境下,往反应液中加入2mL浓度为1M的氢氧化钠水溶液淬灭反应,随后萃取并收集有机相,通过柱层析分离得到芳香族胺类产物,收率为:67%。产物的核磁数据:1H NMR(400MHz,CDCl3,20℃)δ7.41(t,J=5.7Hz,2H),6.47(t,J=5.7Hz,2H),3.62(s,2H).13C{1H}NMR(101MHz,CDCl3,20℃)δ146.2,138.0,117.4,79.5.
实施例5,其中芳香族硝基化合物如下:
芳香族硝基化合物结构式:
氮气环境下,依次将芳香族硝基化合物(0.6mmol)、频那醇硼烷(3.6mmol,6.0equiv)、THF(2mL)、三乙基硼(5mol%)、叔丁醇钾(5mol%)加入到10mL封管中,并置于100℃油浴加热搅拌24小时,反应结束,空气环境下,往反应液中加入2mL浓度为1M的氢氧化钠水溶液淬灭反应,随后萃取并收集有机相,通过柱层析分离得到芳香族胺类产物,收率为:70%。产物的核磁数据:1H NMR(400MHz,CDCl3,20℃)δ7.22(dd,J=10.5Hz,J=5.3Hz,1H),6.98(d,J=7.7Hz,1H),6.87(s,1H),6.79(dd,J=8.0Hz,J=2.2Hz,1H),3.80(s,2H).13C{1H}NMR(101MHz,CDCl3,20℃)δ146.9,131.7(q,J=31.8Hz),129.9,124.4(q,J=272.2Hz),118.1(d,J=1.2Hz),115.1(q,J=4.0Hz),111.4(q,J=3.9Hz).19F NMR(377MHz,CDCl3,20℃)δ-62.91.
实施例6,其中芳香族硝基化合物如下:
芳香族硝基化合物结构式:
氮气环境下,依次将芳香族硝基化合物(0.6mmol)、频那醇硼烷(3.6mmol,6.0equiv)、THF(2mL)、三乙基硼(5mol%)、叔丁醇钾(5mol%)加入到10mL封管中,并置于100℃油浴加热搅拌24小时,反应结束,空气环境下,往反应液中加入2mL浓度为1M的氢氧化钠水溶液淬灭反应,随后萃取并收集有机相,通过柱层析分离得到芳香族胺类产物,收率为:65%。产物的核磁数据:1H NMR(400MHz,CDCl3,20℃)δ7.36-7.29(m,2H),7.24-7.18(m,2H),7.16-7.06(m,3H),6.72-6.63(m,2H),3.81(s,2H).13C{1H}NMR(101MHz,CDCl3,20℃)δ147.2,139.8,136.3,128.9,127.4,125.4,120.6,116.0.
实施例7,其中芳香族硝基化合物如下:
芳香族硝基化合物结构式:
氮气环境下,依次将芳香族硝基化合物(0.6mmol)、频那醇硼烷(3.6mmol,6.0equiv)、THF(2mL)、三乙基硼(5mol%)、叔丁醇钾(5mol%)加入到10mL封管中,并置于100℃油浴加热搅拌24小时,反应结束,空气环境下,往反应液中加入2mL浓度为1M的氢氧化钠水溶液淬灭反应,随后萃取并收集有机相,通过柱层析分离得到芳香族胺类产物,收率为:55%。产物的核磁数据:1H NMR(400MHz,CDCl3,20℃)δ7.18(d,J=8.1Hz,2H),6.63(d,J=8.1Hz,2H),3.67(s,2H),2.41(s,3H).13C{1H}NMR(101MHz,CDCl3,20℃)δ145.2,131.1,115.8,18.9.
实施例8,其中芳香族硝基化合物如下:
芳香族硝基化合物结构式:
氮气环境下,依次将芳香族硝基化合物(0.6mmol)、频那醇硼烷(3.6mmol,6.0equiv)、THF(2mL)、三乙基硼(5mol%)、叔丁醇钾(5mol%)加入到10mL封管中,并置于100℃油浴加热搅拌24小时,反应结束,空气环境下,往反应液中加入2mL浓度为1M的氢氧化钠水溶液淬灭反应,随后萃取并收集有机相,通过柱层析分离得到芳香族胺类产物,收率为:74%。产物的核磁数据:1H NMR(400MHz,CDCl3,20℃)δ6.79(d,J=8.7Hz,2H),6.66(d,J=8.7Hz,2H),3.91-3.79(m,4H),3.41(s,2H),3.08-2.94(m,4H).13C{1H}NMR(101MHz,CDCl3,20℃)δ144.5,140.4,118.3,116.3,67.2,51.2.
实施例9,其中芳香族硝基化合物如下:
芳香族硝基化合物结构式:
氮气环境下,依次将芳香族硝基化合物(0.6mmol)、频那醇硼烷(3.6mmol,6.0equiv)、THF(2mL)、三乙基硼(5mol%)、叔丁醇钾(5mol%)加入到10mL封管中,并置于100℃油浴加热搅拌24小时,反应结束,空气环境下,往反应液中加入2mL浓度为1M的氢氧化钠水溶液淬灭反应,随后萃取并收集有机相,通过柱层析分离得到芳香族胺类产物,收率为:65%。产物的核磁数据:1H NMR(400MHz,CDCl3,20℃)δ6.56(s,4H),3.32(s,4H).13C{1H}NMR(101MHz,CDCl3,20℃)δ138.7,116.8.
实施例10,其中芳香族硝基化合物如下:
芳香族硝基化合物结构式:
氮气环境下,依次将芳香族硝基化合物(0.6mmol)、频那醇硼烷(3.6mmol,6.0equiv)、THF(2mL)、三乙基硼(5mol%)、叔丁醇钾(5mol%)加入到10mL封管中,并置于100℃油浴加热搅拌24小时,反应结束,空气环境下,往反应液中加入2mL浓度为1M的氢氧化钠水溶液淬灭反应,随后萃取并收集有机相,通过柱层析分离得到芳香族胺类产物,收率为:80%。产物的核磁数据:1H NMR(400MHz,CDCl3,20℃)δ7.12(dd,J=17.3Hz,J=7.8Hz,2H),6.82(t,J=7.4Hz,1H),6.73(d,J=7.8Hz,1H),3.65(s,2H),2.57(q,J=7.5Hz,2H),1.32(t,J=7.5Hz,3H).13C{1H}NMR(101MHz,CDCl3,20℃)δ144.1,128.4,128.1,126.9,118.9,115.4,24.1,13.1.
实施例11,其中芳香族硝基化合物如下:
芳香族硝基化合物结构式:
氮气环境下,依次将芳香族硝基化合物(0.6mmol)、频那醇硼烷(3.6mmol,6.0equiv)、THF(2mL)、三乙基硼(5mol%)、叔丁醇钾(5mol%)加入到10mL封管中,并置于100℃油浴加热搅拌24小时,反应结束,空气环境下,往反应液中加入2mL浓度为1M的氢氧化钠水溶液淬灭反应,随后萃取并收集有机相,通过柱层析分离得到芳香族胺类产物,收率为:80%。产物的核磁数据:1HNMR(400MHz,CDCl3,20℃)δ7.84(ddd,J=5.5Hz,J=3.1Hz,J=1.4Hz,2H),7.56-7.44(m,2H),7.34(qd,J=8.1Hz,J=7.0Hz,2H),6.80(dd,J=6.9Hz,J=1.5Hz,1H),4.15(s,2H).13C{1H}NMR(101MHz,CDCl3,20℃)δ142.2,134.5,128.6,126.4,125.9,125.0,123.8,120.9,119.1,109.8.
实施例12,其中芳香族硝基化合物如下:
芳香族硝基化合物结构式:
氮气环境下,依次将芳香族硝基化合物(0.6mmol)、频那醇硼烷(3.6mmol,6.0equiv)、THF(2mL)、三乙基硼(5mol%)、叔丁醇钾(5mol%)加入到10mL封管中,并置于100℃油浴加热搅拌24小时,反应结束,空气环境下,往反应液中加入2mL浓度为1M的氢氧化钠水溶液淬灭反应,随后萃取并收集有机相,通过柱层析分离得到芳香族胺类产物,收率为:76%。产物的核磁数据:1H NMR(400MHz,CDCl3,20℃)δ7.22(dd,J=8.0Hz,J=1.2Hz,1H),7.07-6.98(m,1H),6.72(dd,J=8.0Hz,J=1.3Hz,1H),6.69-6.62(m,1H),4.00(s,2H).13C{1H}NMR(101MHz,CDCl3,20℃)δ143.0,129.5,127.7,119.3,119.1,116.0.
实施例13,其中芳香族硝基化合物如下:
芳香族硝基化合物结构式:
氮气环境下,依次将芳香族硝基化合物(0.6mmol)、频那醇硼烷(3.6mmol,6.0equiv)、THF(2mL)、三乙基硼(5mol%)、叔丁醇钾(5mol%)加入到10mL封管中,并置于100℃油浴加热搅拌24小时,反应结束,空气环境下,往反应液中加入2mL浓度为1M的氢氧化钠水溶液淬灭反应,随后萃取并收集有机相,通过柱层析分离得到芳香族胺类产物,收率为:87%。产物的核磁数据:1H NMR(400MHz,CDCl3,20℃)δ7.02(d,J=7.5Hz,2H),6.72(t,J=7.5Hz,1H),3.62(s,2H),2.25(s,6H).13C{1H}NMR(101MHz,CDCl3,20℃)δ142.8,128.3,121.7,118.0,17.7.
实施例14,其中芳香族硝基化合物如下:
芳香族硝基化合物结构式:
氮气环境下,依次将芳香族硝基化合物(0.6mmol)、频那醇硼烷(3.6mmol,6.0equiv)、THF(2mL)、三乙基硼(5mol%)、叔丁醇钾(5mol%)加入到10mL封管中,并置于100℃油浴加热搅拌24小时,反应结束,空气环境下,往反应液中加入2mL浓度为1M的氢氧化钠水溶液淬灭反应,随后萃取并收集有机相,通过柱层析分离得到芳香族胺类产物,收率为:71%。产物的核磁数据:1H NMR(400MHz,CDCl3,20℃)δ7.64(d,J=8.5Hz,1H),7.38(d,J=5.4Hz,1H),7.15(d,J=5.4Hz,1H),7.10(s,1H),6.82-6.73(m,1H).13C{1H}NMR(101MHz,CDCl3,20℃)δ143.6,140.9,130.5,127.2,123.1,123.0,115.0,108.4.
实施例15,其中芳香族硝基化合物如下:
芳香族硝基化合物结构式:
氮气环境下,依次将芳香族硝基化合物(0.6mmol)、频那醇硼烷(3.6mmol,6.0equiv)、THF(2mL)、三乙基硼(5mol%)、叔丁醇钾(5mol%)加入到10mL封管中,并置于100℃油浴加热搅拌24小时,反应结束,空气环境下,往反应液中加入2mL浓度为1M的氢氧化钠水溶液淬灭反应,随后萃取并收集有机相,通过柱层析分离得到芳香族胺类产物,收率为:61%。产物的核磁数据:1H NMR(400MHz,DMSO-d6,20℃)δ8.87(s,1H),7.72(d,J=8.7Hz,1H),7.13(d,J=1.7Hz,1H),6.81(dd,J=8.7Hz,J=1.9Hz,1H),5.41(s,2H).13C{1H}NMR(101MHz,DMSO-d6,20℃)δ149.1,147.3,144.8,135.2,123.1,114.9,103.8.
实施例16,其中芳香族硝基化合物如下:
芳香族硝基化合物结构式:
氮气环境下,依次将芳香族硝基化合物(0.6mmol)、频那醇硼烷(3.6mmol,6.0equiv)、THF(2mL)、三乙基硼(5mol%)、叔丁醇钾(5mol%)加入到10mL封管中,并置于100℃油浴加热搅拌24小时,反应结束,空气环境下,往反应液中加入2mL浓度为1M的氢氧化钠水溶液淬灭反应,随后萃取并收集有机相,通过柱层析分离得到芳香族胺类产物,收率为:99%。产物的核磁数据:1H NMR(400MHz,CDCl3,20℃)δ7.80(d,J=8.6Hz,2H),6.66-6.57(m,2H),4.02(s,2H),1.56(s,9H).13C{1H}NMR(101MHz,CDCl3,20℃)δ166.1,150.5,131.5,121.8,113.8,80.2,28.4.
实施例17,其中芳香族硝基化合物如下:
芳香族硝基化合物结构式:
氮气环境下,依次将芳香族硝基化合物(0.6mmol)、频那醇硼烷(3.6mmol,6.0equiv)、THF(2mL)、三乙基硼(5mol%)、叔丁醇钾(5mol%)加入到10mL封管中,并置于100℃油浴加热搅拌24小时,反应结束,空气环境下,往反应液中加入2mL浓度为1M的氢氧化钠水溶液淬灭反应,随后萃取并收集有机相,通过柱层析分离得到芳香族胺类产物,收率为:61%。产物的核磁数据:1H NMR(400MHz,CDCl3,20℃)δ6.92(d,J=8.5Hz,2H),6.66(d,J=8.5Hz,2H),3.83(s,2H),3.18(s,3H),1.83(s,3H).13C{1H}NMR(101MHz,CDCl3,20℃)δ171.4,146.1,135.5,128.0,115.7,37.4,29.8,22.4.
实施例18,其中芳香族硝基化合物如下:
芳香族硝基化合物结构式:
氮气环境下,依次将芳香族硝基化合物(0.6mmol)、频那醇硼烷(3.6mmol,6.0equiv)、THF(2mL)、三乙基硼(5mol%)、叔丁醇钾(5mol%)加入到10mL封管中,并置于100℃油浴加热搅拌24小时,反应结束,空气环境下,往反应液中加入2mL浓度为1M的氢氧化钠水溶液淬灭反应,随后萃取并收集有机相,通过柱层析分离得到芳香族胺类产物,收率为:80%。产物的核磁数据:1H NMR(400MHz,DMSO-d6,20℃)δ7.45(d,J=8.6Hz,2H),6.88(s,2H),6.58(d,J=8.6Hz,2H),5.80(s,2H).13C{1H}NMR(101MHz,DMSO-d6,20℃)δ151.9,130.0,127.4,112.4.
实施例19,其中芳香族硝基化合物如下:
芳香族硝基化合物结构式:
氮气环境下,依次将芳香族硝基化合物(0.6mmol)、频那醇硼烷(3.6mmol,6.0equiv)、THF(2mL)、三乙基硼(5mol%)、叔丁醇钾(5mol%)加入到10mL封管中,并置于100℃油浴加热搅拌24小时,反应结束,空气环境下,往反应液中加入2mL浓度为1M的氢氧化钠水溶液淬灭反应,随后萃取并收集有机相,通过柱层析分离得到芳香族胺类产物,收率为:75%。产物的核磁数据:1H NMR(400MHz,DMSO-d6,20℃)δ7.50(d,J=8.7Hz,2H),6.64(d,J=8.7Hz,2H),6.09(s,2H),3.02(s,3H).13C{1H}NMR(101MHz,DMSO-d6,20℃)δ153.5,128.8,125.8,112.7,44.5.
需要说明的是,上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用,不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内,当可作各种修改、等同替换、或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。
Claims (1)
1.无过渡金属催化的芳香族硝基化合物的硼氢化还原方法,反应方程式如下:
本方法特征在于所述方法包括以三乙基硼和叔丁醇钾为催化剂,反应底物为式1所示的芳香族硝基化合物,选自、、、、、、、、、、,式2频那醇硼烷用量为式1化合物的6当量,催化剂三乙基硼和叔丁醇钾用量均为5 mol %,反应时间为 24小时,反应温度为100 ℃,以四氢呋喃作为反应溶剂,催化式1化合物与式2频那醇硼烷发生硼氢化还原反应,得到式3所示的芳香族胺类产物,其反应过程为:氮气环境下,依次将式1化合物、式2频那醇硼烷、四氢呋喃、三乙基硼和叔丁醇钾加入到10mL 封管中,并置于100 ℃ 油浴加热搅拌24小时,反应结束,空气环境下,往反应液中加入2mL 浓度为1 M的氢氧化钠水溶液淬灭反应,随后萃取并收集有机相,通过柱层析分离得到芳香族胺类产物。
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CN112661653A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-16 | 四川大学 | 一种环状(烷基)(氨基)卡宾铬络合物催化还原硝基化合物制备胺的方法 |
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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CeO 2 –nanocubes as efficient and selective catalysts for the hydroboration of carbonyl groups;Ramesh Bhawar et al.;《New J. Chem.》;20210319;第45卷;第15028-15034页 * |
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