三芳基-2-硼酸的合成研究.doc

三芳基-2-硼酸的合成研究摘要 以卤代芳烃为原料，经suzuki偶联等3步反应得到一系列较高纯度（98%）的三芳基-2-硼酸化合物，并通过核磁共振、元素分析对其结构进行了确证和表征。探讨了反应条件及不同取代基对反应收率的影响。关键字 三芳基-2-硼酸；邻位；合成 key words: triaryl-2-boronic acids; ortho-position; synthesis芳基硼酸由于具有空气中较稳定，不易受潮，可以长期保存等优点，在有机合成反应中非常重要。作为一个活泼的中间体，芳基硼酸与卤代芳烃的偶合反应是形成c-c1,2、 c-o3、c-n4,5、c-s6键的重要途径，受到了有机合成工作者的极大关注。另外，由于其特有的电学和物理化学性质，芳基硼酸也经常应用于电子、化学、医药和生物等领域，特别是在糖类传感器方面7-9。近年来，芳基硼酸的合成方法主要有：“一锅法”和“原位淬灭法”10，通常根据特定的化合物及实验条件选取合适的实验方法，所合成的硼酸大多为取代苯硼酸、萘硼酸等11-14，硼酸位置也多在对位上，而三芳基-2-硼酸的合成，目前尚未见相关文献报道。三芳基-2-硼酸由于芳基数目较多且邻位位阻较大，其合成往往有一定的难度。但作为合成更大分子量、更多芳基化合物的中间体，三芳基-2-硼酸的合成研究是十分有价值的。本文以卤代芳烃为原料，经3步反应成功合成并表征了一系列三芳基-2-硼酸化合物，优化了反应条件，探讨了不同取代基对反应收率的影响。目标化合物的合成路线如下。目标化合物的合成路线synthetic pathway for the target compounds1 实验1.1 主要仪器与试剂av500型核磁共振仪（cdcl3作溶剂，tms作内标，瑞士bruker公司）；vario el iii型元素分析仪（德国elementar公司）；hp1100型高效液相色谱仪（美国hewlett-packard公司）。实验中所用药品与试剂均为分析纯；四氢呋喃用金属钠丝干燥除水后，保存在分子筛中。1.2 合成1.2.1 4-r-联苯-4-硼酸的合成（1a,2a,3a,4a）氮气保护下，在装有聚四氟乙烯搅拌器、温度计、滴液漏斗和氮气导入管的250 ml的四口瓶中，加入卤代芳烃（10 mmol）、无水四氢呋喃40 ml，待溶解后用液氮降温至-78 ，滴加正丁基锂（12 mmol），保温搅拌反应1 h，滴加硼酸三丁酯（20 mmol），继续保温反应1 h后自然升温，待温度升至室温后加入2 mol/l的盐酸45 ml，搅拌20 min后分出有机层。浓缩后用乙醇水= 21（体积比）进行重结晶，干燥后得到白色固体粉末。产率：1a, 75.5%; 2a, 79.1%; 3a, 83.5%; 4a, 72.0%。纯度：1a, 98.8%; 2a, 98.4%; 3a, 99.5%; 4a, 98.2%。1.2.2 2-溴-4-(4-r-苯基)-联苯的合成（1b,2b,3b,4b）氮气保护下，向250 ml三口瓶中加入pdcl2（1 mmol）、pph3（7 mmol）以及dmf 15 ml，加热至140 回流，待溶解后逐滴缓慢加入水合肼34滴，自然冷却至室温，过滤，得亮黄色金属光泽催化剂固体pd(pph3)4。向装有聚四氟乙烯搅拌器、温度计、回流冷凝管和氮气导入管的250 ml四口瓶中，加入1a/2a/3a/4a（10 mol）、邻二溴苯（12 mmol）、甲苯40 ml、乙醇20 ml以及1 mol/l的碳酸钠溶液30 ml，在氮气保护下搅拌使其完全溶解，再加入新制的pd(pph3)4，加热升温至105 反应6 h。自然冷却到室温后分出有机层，水洗至中性后用无水mgso4干燥，浓缩，柱色谱分离（淋洗剂为正己烷），干燥后得白色固体。产率：1b, 84.0%; 2b, 85.6%; 3b, 84.2%; 4b, 83.3%。纯度：1b, 98.5%; 2b, 99.1%; 3b, 98.0%; 4b, 99.5%。1.2.3 4-(4-r-苯基)联苯-2-硼酸的合成（1c,2c,3c,4c）向装有聚四氟乙烯搅拌器、温度计、滴液漏斗和氮气导入管的500 ml的四口瓶中，加入1b/2b/3b/4b（15 mmol）、经分子筛干燥的四氢呋喃100 ml，待溶解后用液氮降温至-78 ，滴加叔丁基锂（75 mmol），保温搅拌反应1 h，滴加硼酸三丁酯（90 mmol），继续保温反应1 h后自然升温，待温度升至室温后，加入2 mol/l的盐酸100 ml，搅拌20 min后分出有机层。水层用乙酸乙酯萃取（60 ml2），将有机层合并后用水洗至中性，浓缩，得到粗产品。用甲苯进行重结晶，干燥后得到白色固体。 2 结果与讨论2.1 化学结构表征合成的一系列三芳基-2-硼酸均为白色粉末状固体，可溶于氯仿。表1 三芳基-2-硼酸的相关数据table 1 relevant data of a series of triaryl-2-boronic acids 化合物纯度/%元素分析，实测值（计算值），%1hnmr(500 mhz, cdcl3), /ppmcho1c98.278.65 (78.87)5.47 (5.52)11.81 (11.67)7.89(d, 1h); 7.657.58(m, 4h); 7.56(d, 2h); 7.52(d, 1h); 7.497.45(m, 2h); 7.357.32(m, 3h); 4.5(s, 2h)2c98.479.03 (79.20)7.38 (7.29)10.25 (10.06)7.99(d, 1h); 7.72(d, 2h); 7.68(d, 1h); 7.587.52(m, 4h); 7.477.39(m, 2h); 7.367.29(m, 2h); 4.3(s, 2h); 2.45(s, 3h)3c99.179.95 (80.02)7.13 (7.02)9.75 (9.69)7.95(d, 1h); 7.697.66(d, 2h); 7.59(d, 2h); 7.517.46(m, 5h);7.42(t, 1h); 7.35(d, 1h); 4.26(s, 2h); 1.37(s, 9h)4c98.173.82 (74.01)4.97 (4.83)11.13 (10.95)8.33(d, 1h); 7.627.58(m, 4h); 7.49(d, 2h); 7.397.35(m, 2h); 7.257.20(t, 1h); 7.167.12(t, 2h); 4.59(s, 2h)2.2三芳基-2-硼酸的后处理 所合成的三芳基-2-硼酸，不仅产率高，且后处理简单。反应后得到的粗品，用甲苯重结晶即可得到纯度较好（98%）的产品。2.3 取代基对反应的影响表2 取代基对反应的影响table 2 effects of substituents on the reactions化合物r收率/%1ch67.42cch368.23cc(ch3)370.14cf66.8 在硼酸的合成反应中，给电子基的引入，有利于碳负离子的形成，从而更好地与li试剂结合，进而促进反应的进行，并且随着取代基给电子能力的增大，反应收率也增高；相反，吸电子基往往会抑制反应的进行。而本实验中由于取代基位置较远，其诱导效应随着链的增长迅速减弱，使得这一趋势并不明显；并且即使芳环上带有吸电子取代基（f），反应也能顺利进行。2.4 溶剂对反应的影响分别采用无水乙醚与无水thf作溶剂进行实验，结果发现，在无水乙醚体系中，几种目标化合物均基本未反应，而无水thf体系下反应效果较好。这主要是因为本实验在超低温（-78 ）条件下进行，thf对反应物的溶解性较乙醚强，因此反应效果较好。 2.5 li试剂对反应收率的影响本实验中，合成二芳基硼酸选用n-buli即可实现较好效果的反应，而在合成三芳基-2-硼酸时选用n-buli则效果不好，需要使用活性更大的t-buli进行反应，同时与卤代芳烃的摩尔比需达到15。主要是由于二芳基硼酸其硼酸在对位上，而本实验所合成的三芳基-2-硼酸不仅具有更多的芳环结构，其硼酸亦处于邻位，空间位阻较大，因而需要过量的t-buli。3 结论 以卤代芳烃为原料，通过suzuki偶联等3步反应成功合成并表征了一系列三芳基-2-硼酸，同时探讨了反应条件及不同取代基对反应收率的影响。不仅为合成多芳环化合物提供了一种重要的合成思路，所合成的三芳基-2-硼酸衍生物也可作为中间体应用于显示材料等工业领域。参考文献：1 suzuki a. recent advances in the cross-coupling reactions of organoboron derivatives with organic electrophilesj.organomet.chem.,1999,576(1/2):147-168.2 suzuki a. new synthetic transformations via organoboron compoundsj.pure appl.chem., 1994,66(2):213-222.3 evans d a, katz j l, west t r. synthesis of diaryl ethers through the copper-promoted arylation of phenols with arylboronic acids. an expedient synthesis of thyroxinej.tetrahedron lett.,1998,39(19):2937-2940.4 chan d m t, monaco kl, wang ru-ping. new n-and o-arylations with phenylboronic acids and cupric acetatej.tetrahedron lett.,1998,39(19):2933-2936.5 lam p y s, clark c g, saubern s. new aryl/heteroaryl c-n bond cross-coupling reactions via arylboronic acid/cupric acetate arylationj.tetrahedron lett.,1998,39 (19):2941-2944.6 herradura p s, pendola k a, guy r k. copper-me-diated cross-coupling of aryl boronic acids and alkyl thiolsj.org.lett.,2000,2(14):201922022.7 邓友杰，田秋峰，康杰. 3，5-二氟-4-氰基苯硼酸酯类化合物、其制备方法及其在液晶组合物中的用途：中国专利，02153545 p.2004-06-16.8 myung j, kim k b, crews c m. the ubiquitin-proteasome pathway and proteasome inhibitorsj.med.res.rev.,2001,21(4):245.9 pamela r westmark, bradley d smith. boronic acids selectively facilitate glucose transport through a lipid bilayerj.j.am.chem.soc.,1994,116(20):9343-9344.10 李英奇，彭雨春. 合成芳基硼酸及其酯的研究进展j.化学试剂，2006,28(3):149-152. 11 张志德，李杰，张奕奕等. 超声条件下单取代芳基硼酸的合成研究j.化工技术与开发，2008, 2(37):18-20.12 黄世文，单自兴，赵德杰. “一锅法”简便合成一芳基硼酸和二芳基硼酸j.有机化学，1995, 15(1):64-67.13 孙焕红. 萘硼酸及其衍生物的合成研究d.吉林：吉林大学，2009,26-40.14 胡辉，宋一麟，方屹等. 超声条件下制备单取代硼酸j.有机化学，1997,17(5):478-480.research on synthesis of triaryl-2-boronic acids jiang han-yu, xu mao-liang*, an yong, wang zi-jun, zhang qian, mi yang-li (xian modern chemistry research institute, xian 710065 china)abstract: a series of novel triaryl-2-boronic acids were synthesized from aryl halides throug