一种脂肪族烯烃硼氢化反应合成烷基硼酸酯的铁催化体系及
其应用方法
技术领域
[0001] 本
发明属于有机合成技术领域,具体涉及一种催化脂肪族烯烃发生硼氢化反应的铁催化剂体系及其应用方法。
背景技术
[0002] 烷基硼酸酯是一种重要的有机合成中间体,目前已有许多成熟的方法可以将C-B键转化为C-O键、C-N键、C-F键和C-C键等,因此被广泛应用于医药、
液晶材料、有机功能材料等领域。烷基硼酸酯类化合物除了在合成方面有广泛的应用外,还可用于聚合反应的引发剂,
煤油抗
氧剂,除菌剂,抗癌药和
中子俘获等。过渡金属催化的脂肪族烯烃硼氢化反应是合成烷基硼酸酯最重要的策略,但在之前的过渡金属催化反应体系中往往使用铑、镍等价格昂贵或有毒的金属,并需要添加额外的配体促进反应。本发明的核心在于建立铁催化脂肪族烯烃硼氢化反应体系,使用地球储量丰富、廉价易得且无毒的铁作为催化剂并无需添加额外配体,并且能够通过
溶剂的调节实现区域选择性的控制,即可实现符合
马氏规则的加成,也可实现反马氏规则的加成。为脂肪族烯烃硼氢化反应提供一种绿色可持续的高效催化体系。
发明内容
[0003] 本发明的主要目的是提供一种促进脂肪族烯烃发生硼氢化反应合成烷基硼酸酯的铁催化体系及其应用方法。
[0004] 为了完成上述目的,本发明提供了一种脂肪族烯烃硼氢化反应合成烷基硼酸酯的催化体系,该催化体系包括脂肪族烯烃类化合物、铁盐催化剂、频哪醇联硼酯、烷氧基
碱和溶剂;所述催化体系处于无
水无氧环境中;铁盐催化剂与烯烃类化合物的摩尔比为0.08:1至0.12:1;烷氧基碱与铁盐催化剂的摩尔比为10:1至22:1。
[0005] 一个优选的方案是,脂肪族烯烃类化合物包括单烷基取代乙烯和1,1-二烷基取代乙烯,其通式如所示:
[0006]
[0007] 一个优选的方案是,所述烷氧基碱中烷氧基包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、叔丁氧基、叔戊氧基,所述烷氧基碱为烷氧基锂、烷氧基钠或烷氧基
钾;所述溶剂为醚类溶剂或酰胺类溶剂,醚类溶剂包括乙醚、异丙醚、正丁醚、甲基叔丁基醚、四氢呋喃、二氧六环,酰胺类溶剂包括N-甲基吡咯烷
酮、N,N-二甲基甲酰胺,N,N-二甲基乙酰胺;所述铁盐催化剂至少包括下列物质的一种:
有机酸铁盐,
无机酸铁盐、磺酸铁盐、杂
多酸铁盐。
[0008] 一个优选的方案是,所述有机酸铁盐包括二价铁盐和/或三价铁盐;所述有机酸包括下列物质中的至少一种:
醋酸、
硬脂酸、油酸、
柠檬酸;无机酸铁盐包括二价铁盐和/或三价铁盐;无机酸包括下列物质中的至少一种:
氢氟酸、
盐酸、
氢溴酸、
氢碘酸、高氯酸、
硫酸、
磷酸、焦磷酸、氢硫酸、氢氰酸、
碳酸;所述磺酸铁盐包括二价铁盐和/或三价铁盐;所述磺酸包括下列物质中的至少一种:苯磺酸、
对甲苯磺酸、硝基苯磺酸、卤代苯磺酸、三氟甲磺酸;所述杂多酸铁盐包括二价铁盐和/或三价铁盐;所述杂多酸包括下列物质中的至少一种:磷钼酸、磷钨酸。
[0009] 本发明提供的脂肪族烯烃硼氢化反应合成烷基硼酸酯的方法,反应体系包括脂肪族烯烃类化合物、铁盐催化剂、频哪醇联硼酯、烷氧基碱和溶剂,且使用醚类溶剂时,硼氢化反应表现出反马氏区域选择性;使用酰胺类溶剂时,硼氢化反应表现出马氏区域选择性。如下所示:
[0010]
[0011] 一种优选的方案是,醚类溶剂包括乙醚、异丙醚、正丁醚、甲基叔丁基醚、四氢呋喃、二氧六环,酰胺类溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺,N,N-二甲基乙酰胺。
[0012] 本发明提供的脂肪族烯烃硼氢化反应合成烷基硼酸酯的方法,其特征在于,包括下面的步骤:
[0013] S1:加入铁盐催化剂、烷氧基碱和频哪醇联硼酯至反应器中;
[0015] S3:加入脂肪族烯烃类化合物、溶剂至所述反应器中;保持铁盐催化剂与烯烃类化合物的摩尔比为0.08:1至0.12:1,且烷氧基碱与铁盐催化剂的摩尔比为10:1至22:1;
[0016] S4:加热至预定
温度,搅拌回流反应数小时;
[0017] S5:后处理得到烷基硼酸酯。
[0018] 一个优选的方案是,在S2中,用真空
硅酯将筛子塞紧,抽真空充氩气重复3次,将试管密封;
[0019] 在S3中,在氩气保护下,用
注射器将脂肪族烯烃类化合物、溶剂依次注射进反应器中;
[0020] 在S4中,将反应试管放入已升至预定温度的油浴锅中,加热搅拌;
[0021] 在S5中,加入水和一定的比例乙酸乙酯和石油醚萃取三次,留取有机相;将萃取液用无水硫酸钠干燥,
旋转蒸发仪旋干,得到粗产物;将粗产物使用一定比例的石油醚和乙酸乙酯作为展开剂进行快速柱层析,洗脱液合并,
旋转蒸发仪蒸干,得到烷基硼酸酯。
[0022] 本发明的有益效果为:本发明设计的铁催化脂肪族烯烃硼氢化反应体系,使用地球储量丰富、廉价易得且
生物无毒的铁盐作为催化剂;不需添加额外的催化剂;通过溶剂的调节能够实现区域选择性的控制;所用溶剂沸点低或易溶于水,后处理方便。该催化体系为选择性地合成一级、二级或三级烷基硼酸酯提供了绿色可持续的高效工具。
[0023] 另外,本发明的特征还在于,底物转化率高,区域选择性可控。以该铁催化体系催化,以NaOtBu为碱,在N,N-二烷基酰胺中烷基烯烃能实现符合马氏规则的硼烷基化;而当用KOiPr为碱,在醚类溶剂中则烷基烯烃又能实现符合反马氏规则的硼烷基化。
具体实施方式
[0024] 以下
实施例用于解释本发明。所用反应在氩气和脱气的溶剂中进行。
[0025] 本发明所指室温为25℃。
[0026] 实施例1
[0027]
[0028] 本实施例采用上面的化学反应式进行。具体地,氩气保护下,在超干的10mL反应器中,依次加入烯烃(3,3-二甲基-1-丁烯,0.1mmol),频哪醇联硼酯(0.15mmol),FeBr2(0.01mmol),KOMe(甲醇钾,0.2mmol),抽真空充氩气,置换三次气体,在氩气保护下将正丁醚(0.5mL)用1mL注射器注入反应试管中,室温下搅拌16h。将反应停止加热恢复至室温,加入5mL水,一定比例的石油醚与乙酸乙酯萃取三次,合并有机相,用无水硫酸钠干燥,旋转蒸发仪旋干,硅胶柱层析(洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=50:1,v:v)分离(Rf=0.4)得到无色液体,产率79%。
[0029] 核磁氢谱碳谱数据:1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ1.25(m,14H),0.85(s,9H),0.76–0.66(m,2H).13C NMR(126MHz,Chloroform-d)δ82.85,37.75,30.82,28.85,24.82.[0030] 实施例2
[0031]
[0032] 氩气保护下,在超干的10ml-Schlenk管中,依次加入烯烃(2-甲基-4-(对甲氧基苯基)-1-丁烯,0.1mmol),频哪醇联硼酯(0.25mmol),Fe(OAc)2(0.01mmol),KOiPr(异丙醇钾,0.2mmol),抽真空充氩气,置换三次气体,在氩气保护下将甲基叔丁基醚(0.5mL)用1mL注射器注入反应试管中,30℃下搅拌16h。将反应停止加热恢复至室温,加入5mL水,一定比例的石油醚与乙酸乙酯萃取三次,合并有机相,用无水硫酸钠干燥,旋转蒸发仪旋干,硅胶柱层析(洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=25:1,v:v)分离(Rf=0.5)得到无色液体,产率90%。
[0033] 核磁数据:1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.09(d,J=8.4Hz,2H),6.81(d,J=8.6Hz,2H),3.78(s,3H),2.63–2.40(m,2H),1.75(dt,J=13.6,6.8Hz,1H),1.64–1.40(m,
3H),1.25(s,12H),0.97(d,J=6.6Hz,3H),0.94–0.61(m,2H).13C NMR(126MHz,Chloroform-d)δ156.51,134.26,128.14,112.64,81.85,54.23,40.73,31.79,28.29,23.82(d,J=
8.2Hz),21.24.
[0034] 实施例3
[0035]
[0036] 氩气保护下,在超干的10ml-Schlenk管中,依次加入烯烃(乙烯基-环己烷,0.1mmol),频哪醇联硼酯(0.15mmol),Fe(OTf)2(0.01mmol),LiOtBu(叔丁基醇锂,
0.15mmol),抽真空充氩气,置换三次气体,在氩气保护下将正丁醚(0.5mL)用1mL注射器注入反应试管中,80℃下搅拌16h。将反应停止加热恢复至室温,加入5ml水,一定比例的石油醚与乙酸乙酯萃取三次,合并有机相,用无水硫酸钠干燥,旋转蒸发仪旋干,硅胶柱层析(洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=100:1,v:v)分离(Rf=0.4)得到无色液体,产率88%。
[0037] 核磁数据:1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ1.76–1.52(m,5H),1.35–1.06(m,18H),0.89–0.77(m,2H),0.79–0.72(m,2H).13C NMR(126MHz,Chloroform-d)δ82.83,39.96,
32.99,31.38,26.78,26.46,24.82.
[0038] 实施例4
[0039]
[0040] 氩气保护下,在超干的10ml-Schlenk管中,依次加入烯烃(0.1mmol),频哪醇联硼i酯(0.15mmol),Fe[P(MoO10)4](0.01mmol),KO Pr(异丙基醇钾,0.2mmol),抽真空充氩气,置换三次气体,在氩气保护下将甲基叔丁基醚(0.5mL)用1mL注射器注入反应试管中,30℃下搅拌16h。将反应停止加热恢复至室温,加入5mL水,一定比例的石油醚与乙酸乙酯萃取三次,合并有机相,用无水硫酸钠干燥,旋转蒸发仪旋干,硅胶柱层析(洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=25:1,v:v)分离(Rf=0.5)得到无色液体,产率78%。
[0041] 核磁数据:1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.09(d,J=8.4Hz,2H),6.81(d,J=8.6Hz,2H),3.78(s,3H),2.63–2.40(m,2H),1.75(dt,J=13.6,6.8Hz,1H),1.64–1.40(m,
3H),1.25(s,12H),0.97(d,J=6.6Hz,3H),0.94–0.61(m,2H).13C NMR(126MHz,Chloroform-d)δ156.51,134.26,128.14,112.64,81.85,54.23,40.73,31.79,28.29,23.82(d,J=
8.2Hz),21.24.
[0042] 实施例5
[0043]
[0044] 氩气保护下,在超干的10ml-Schlenk管中,依次加入烯烃(3,3-二甲基-1-丁烯,0.1mmol),频哪醇联硼酯(0.15mmol),FeI2(0.01mmol),KOtBu(叔丁基醇钾,0.2mmol),抽真空充氩气,置换三次气体,在氩气保护下将N,N-二甲基甲酰胺(0.5mL)用1mL注射器注入反应试管中,90℃下搅拌16h。将反应停止加热恢复至室温,加入5mL水,一定比例的石油醚与乙酸乙酯萃取三次,合并有机相,用无水硫酸钠干燥,旋转蒸发仪旋干,硅胶柱层析(洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=100:1,v:v)分离(Rf=0.5)得到无色液体,产率78%。
[0045] 核磁数据:1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ1.24(s,12H),0.93(s,9H),0.88(m,4H).13C NMR(126MHz,Chloroform-d)δ82.60,29.03,24.80,24.76,11.00.
[0046] 实施例6
[0047]
[0048] 氩气保护下,在超干的10ml-Schlenk管中,依次加入烯烃(2-甲基-4-(对甲氧基苯基)-1-丁烯,0.1mmol),频哪醇联硼酯(0.15mmol),FeBr2(0.01mmol),NaOtBu(叔丁基醇钠,0.2mmol),抽真空充氩气,置换三次气体,在氩气保护下将N,N-二甲基乙酰胺(0.5mL)用1mL注射器注入反应试管中,90℃下搅拌16h。将反应停止加热恢复至室温,加入5mL水,一定比例的石油醚与乙酸乙酯萃取三次,合并有机相,用无水硫酸钠干燥,旋转蒸发仪旋干,硅胶柱层析(洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=25:1,v:v)分离(Rf=0.6)得到无色液体,产率78%。
[0049] 核磁数据:1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.10(d,J=8.5Hz,2H),6.81(d,J=8.6Hz,2H),3.78(s,3H),2.74–2.21(m,2H),1.82–1.39(m,2H),1.25(s,12H),0.99(s,6H).13C NMR(126MHz,Chloroform-d)δ157.53,135.77,129.15,113.67,82.97,55.26,43.77,
32.12,24.78,24.75.
[0050] 显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。