一种ir-o-p型催化剂二硼酸/酯化合物的制备方法
技术领域
1.本发明属于有机合成技术领域，具体为一种新的ir-o-p型催化剂的研发及其在芳(烷)基二硼酸/硼酸酯化合物的制备中的应用。
背景技术：
2.金属催化的c-h键活化是目前快速发展的有机合成新方法。c-b键的形成是c-h键活化的重要形式之一。由于有机硼(硼烷、硼酸、硼酸酯)独特的化学性质，可以实现多种形式的官能团转化，对药物结构的修饰和新材料的开发具有重要应用价值。
3.现有技术中，受到原料和方法的限制，只能合成芳基腙二硼化物和2-苯基吡啶衍生物的二硼化物。
技术实现要素：
4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种ir-o-p型催化剂二硼酸/酯化合物的制备方法，该方法操作简单，原料廉价易得，同时避免了昂贵有机配体的使用，便于大规模制备和应用，此外，芳基肟类，芳基腙类，芳基三氮烯和2-苯基吡啶类衍生物均有非常成熟简单的合成方法。但是受到原料和方法的限制，传统方法只能合成芳基腙二硼化物和2-苯基吡啶衍生物的二硼化物。然而用此方法，仅使用廉价易得的三苯基膦作为配体，经一锅法，便可以得到各种各样的芳(烷)基二硼酸/硼酸酯化合物。更值得关注的是，在芳基三氮烯二硼化物的制备中，即使不加配体，也能够以较高的收率得到目标化合物。基于以上优势，此方法扩大至克级反应也表现出非常高的收率，为在药物合成或材料开发领域的应用打下良好基础，并解决了上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种ir-o-p型催化剂二硼酸/酯化合物的制备方法，包括以下步骤：
6.s1、空气条件下，在有机溶剂中通过金属铱物种与配体反应形成ir-o-p型活性催化剂，然后在无氧条件下，加入β-n芳(烷)基底物和有机硼源[b]，可得到芳(烷)基二硼酸/硼酸酯化合物；在无水无氧条件下，在有机溶剂中通过金属铱催化剂与β-n芳(烷)基底物，再和有机硼源[b]氧化加成得到芳(烷)基二硼酸/硼酸酯化合物；
[0007]
s2、ir-o-p型活性催化剂与β-n-芳(烷)型底物氧化加成以活化碳氢键，经硼转移和还原消除过程形成芳(烷)基二硼酸/硼酸酯化合物；金属铱催化剂与有机硼源发生氧化加成、再与芳基三氮烯型底物经氧化加成、硼转移和还原消除过程形成邻位取代的芳基三氮烯二硼酸/硼酸酯化合物；
[0008]
s3、对形成的芳(烷)基二硼酸/硼酸酯化合物进行后处理。
[0009]
进一步优化本技术方案，所述步骤s1-s2的反应温度为60-120℃，反应时间为12-120小时；
[0010]
所述有机硼源[b]包括联硼酸频那醇酯、联硼酸新戊二醇酯、双联邻苯二酚硼酸酯、四甲基联硼、四(二甲氨基)联硼、1-频哪醇-2-(1,8)萘二胺联硼酸酯；
[0011]
所述β-n芳(烷)基底物包括芳基肟类，芳基腙类，芳基三氮烯和2-苯基吡啶类衍生物在内的β-n-芳(烷)基化合物；
[0012]
所述金属铱催化剂包括甲氧基环辛二烯合铱、环辛二烯氯化铱、醋酸铱、二氧化铱、氯化铱、十二羰基四铱、三(乙酰丙酮)合铱、1,5-环辛二烯(η5-茚)铱、三[2-苯基吡啶-c2,n]铱、羰基氯化双(三苯基膦)铱、双(1,5-环辛二烯)四氟硼酸铱、双(4,6-二氟苯基吡啶-n,c2)吡啶甲酰合铱；
[0013]
所述含膦配体包括三苯基膦、三(对甲基苯基)膦、三丁基磷、2-双环己基膦-2',6'-二甲氧基联苯、苄基二苯基膦，三(2-甲苯基)膦、双[(2-二苯膦基)苯基]醚、2,2'-双(二苯基磷)联苯在内的芳基膦和烷基膦配体；
[0014]
所述有机溶剂包括四氢呋喃，甲苯，对二甲苯，环己烷二氯甲烷，氯仿，乙酸乙酯，乙腈，苯或上述的混合溶剂，所述有机溶剂将参与反应的原料充分溶解，可以为质子性溶剂、非质子性溶剂或二者的混合溶剂；
[0015]
进一步的，所述有机硼源[b]的结构如式(ⅰ)～(vi)所示：
[0016][0017]
进一步的，所述β-n-芳(烷)基底物的结构如式(vii)～(xv)所示：
[0018][0019]
进一步的，所述芳(烷)基二硼酸/硼酸酯化合物的结构如式(xvi)～(xxiv)所示：
[0020][0021]
更进一步的，式(vii)～(xxiv)中，r1包括：任何位置取代的卤素，如f,cl,br,i,烷基和取代烷基，如甲基，三氟甲基，甲氧基，芳基，如苯基，杂芳基，如吡啶，如下所示部分取代基；
[0022]
h，
[0023]
r2包括：任何位置取代的卤素，如f,cl,br，i，氢原子，烷基和取代烷基，如甲基，异丙基，异丁基，苄基，饱和链状或环状烷基，如下所示部分取代基：
[0024]
h，h，
[0025]
r3包括烷基和取代烷基，如甲基，r2和r3成环型,如哌啶环、吗啉环、哌嗪环。
[0026]
进一步优化本技术方案，所述活性催化剂的制备方法还包括以下其他方法：
[0027]
1)使用铱单质与酸反应先形成盐，然后和三芳/烷基膦在空气条件下于有机溶剂中反应生成，其中，铱单质为铱粉，酸为硫酸，盐酸，氢氟酸或者醋酸。
[0028]
2)使用含铱的盐或配合物和三芳/烷基膦在空气条件下于有机溶剂中反应生成。
[0029]
进一步的，其中与代表性的三苯基膦反应生成的活性催化剂的分子式为c
54h43
irop3，其结构特征为含ir-o-p键，结构如下所示：
[0030][0031]
进一步优化本技术方案，所述β-n-芳(烷)基底物和有机硼源[b]以摩尔量计的投料比为1.0：1.0-4.0，催化剂、配体的加入量为底物的0.005％-10％，在优化的条件下进行充分反应，用于减少反应物的用量，提高原子经济性。
[0032]
进一步优化本技术方案，所述的芳(烷)基二硼酸/硼酸酯化合物为式(i-1)-(i-37)所示化合物的一种，所述式(i-1)-(i-37)如下所示：
[0033]
1)-(i-22)结构示意图；
[0042]
图2为由本发明提出的制备方法制备出的多种芳(烷)基二硼酸/硼酸酯化合物(i-23)-(i-37)结构示意图。
具体实施方式
[0043]
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
[0044]
实施例一：
[0045]
一种ir-o-p型催化剂二硼酸/酯化合物的制备方法包括如下步骤：在无水无氧条件下，将有机硼源[b]，β-n-芳(烷)基底物，金属铱催化剂以及有机膦配体加入到有机溶剂中，于60-120℃反应，反应结束后，经后处理得到所述的芳(烷)基二硼酸/硼酸酯化合物。
[0046]
所述的有机硼源[b]的结构如式(ⅰ)～(ⅳ)所示：
[0047][0048]
所述的β-n-芳(烷)基底物的结构如式(ⅳ)～(ⅶ)所示：
[0049][0050]
所述的芳(烷)基二硼酸/硼酸酯化合物的结构如式所示：
[0051][0052]
所述的β-n-芳(烷)基底物和有机硼源[b]的摩尔比为1.0：1.0～4.0。
[0053]
反应式如下：
[0054][0055]
经过我们对反应机理的研究，通过控制实验证明了氧化加成和还原消除过程。通过金属铱与β-n芳(烷)基底物或含膦配体配位，再和有机硼源氧化加成生成活性催化剂；活性催化剂与β-n-芳(烷)基底物氧化加成以活化碳氢键，经硼转移和还原消除过程形成芳(烷)基二硼酸/硼酸酯化合物。
[0056]
本发明中，可选用的后处理过程包括：浓缩，硅胶拌样，最后经柱层析纯化，部分产物可经重结晶或打浆纯化。
[0057]
作为优选，r1可以为任何位置的氟，氯，溴，碘，甲基，甲氧基，三氟甲基，苯基，此时，所述的β-n芳(烷)基底物容易得到，并且反应的产率较高。
[0058]
作为优选，r2可以为氢原子或甲基，也可与r3成吡啶环或吡唑环，此时，所述的β-n芳(烷)基底物容易得到，并且反应的产率较高。
[0059]
作为优选，r3可以为二异丙氨基，甲氧基，也可与r2成吡啶环或吡唑环，此时，所述的β-n芳(烷)基底物容易得到，并且反应的产率较高。
[0060]
作为优选，所述的反应时间为12-120小时，反应时间过短难以保证反应的完全度，反应时间过长增加反应成本。
[0061]
本发明中，能将原料充分溶解的有机溶剂都能使反应发生，但反应效率差别较大，优选为非质子性溶剂，非质子性溶剂能够避免与反应底物的亚胺结构单元发生相互作用，可以使反应正常进行。
[0062]
作为优选，所述的有机溶剂为四氢呋喃，正己烷，n,n-二甲基甲酰胺，n,n-二甲基亚砜；作为进一步优选，所述有机溶剂为四氢呋喃时，反应中各种原料的转化率较高且后处
理简单。所述的有机溶剂的用量能将原料完全溶解即可，1mmolβ-n-芳(烷)基底物使用的有机溶剂的用量为1-2ml。
[0063]
其中所述的三苯基膦为最优选的配体，这是因为使用三苯基膦收率较高且最廉价易得。其他三芳(烷)基膦也可最为配体使反应发生，比如三苯基膦，三(对甲基苯基)膦及三环己基膦等。
[0064]
作为优选，所述的金属铱催化剂为甲氧基环辛二烯铱，此时反应收率最高。其他铱催化剂也可使反应进行，比如环辛二烯氯化铱。
[0065]
作为进一步优选，如图1和图2所示，所述的芳(烷)基二硼酸/硼酸酯化合物为式(
ⅰ‑
1)到(
ⅰ‑
37)所示化合物的一种。
[0066]
上述制备方法中，所述的有机硼源[b]、金属铱催化剂，三芳(烷)基膦均采用市售产品，可从市场上直接购买，所述的β-n-芳(烷)基底物可直接购买或通过简单便捷的方法制备得到。
[0067]
实施例二：
[0068]
按照表1的原料配比10ml的schlenk管中加入甲氧基环辛二烯铱，三苯基膦，β-n-芳(烷)基底物，双频哪醇硼酸酯，有机溶剂2ml，与60-120℃加热搅拌反应，按照表2的反应条件反应完成后，浓缩，硅胶拌样，通过柱层析纯化得到相应的芳(烷)基二硼酸/硼酸酯化合物，反应过程如下式所示：
[0069][0070]
表1
[0071]
[0072]
[0073][0074]
表2上述实施例的反应条件和所得产物
[0075]
[0076]
[0077][0078]
表2中t为反应温度，t为反应时间。
[0079]
部分化合物的结构确认数据
[0080]
由实施例i1制备得到的芳(烷)基二硼酸/硼酸酯化合物(
ⅰ‑
1)的核磁共振(1h nmr和
13
c nmr)检测数据为：
[0081][0082]1h nmr(400mhz,chloroform-d)δ7.83(d,j＝7.3hz,2h),7.13(t,j＝7.4hz,1h),5.16
–
5.08(m,1h),3.97-3.93(m,1h),1.32(d,j＝6.8hz,12h),1.25(s,24h)；
13
c nmr(101mhz,chloroform-d)δ165.2,138.7,123.6,83.1,48.1,45.3,25.0,23.9,19.8.ir(ν,cm-1
):2976,1580,1460,1392,1369,1331,1310,1300,1256,1221,1148,1132,966,881,847,775,652.
[0083]
由实施例i2制备得到的芳(烷)基二硼酸/硼酸酯化合物(
ⅰ‑
2)的核磁共振(1h nmr和
13
c nmr)检测数据为
[0084][0085]1h nmr(400mhz,chloroform-d)δ7.89(s,2h),1.36(s,6h),1.31(s,12h),1.26(s,6h),1.24(s,12h)；
13
c nmr(101mhz,chloroform-d)δ163.9,133.7(d,j＝3.6hz),117.6,83.6,24.9,24.5.ir(ν,cm-1
):2978,2926,1468,1368,1271,1140,1103,1067,850,720.
[0086]
由实施例i3制备得到的芳(烷)基二硼酸/硼酸酯化合物(
ⅰ‑
3)的核磁共振(1h nmr和
13
c nmr)检测数据为
[0087][0088]1h nmr(400mhz,chloroform-d)δ7.90(s,2h),5.14
–
5.03(m,1h),4.01
–
3.90(m,1h),1.31(d,j＝6.7hz,18h),1.24(s,18h)；
13
c nmr(101mhz,chloroform-d)δ163.9,140.7,
117.6,83.3,48.3,45.6,24.9,23.7,19.6.ir(ν,cm-1
):2978,1468,1371,1337,1313,1271,1140,1103,1067,964,849,603.
[0089]
由实施例i23制备得到的芳(烷)基二硼酸/硼酸酯化合物(
ⅰ‑
23)的核磁共振(1h nmr和
13
c nmr)检测数据为
[0090][0091]1h nmr(400mhz,chloroform-d)δ8.79(d,j＝8.2hz,1h),8.66(d,j＝5.6hz,1h),7.92(t,j＝7.8hz,1h),7.78(d,j＝7.3hz,2h),7.35(q,j＝7.5hz,2h),1.40(s,24h)；
13
c nmr(101mhz,chloroform-d)δ157.8,142.7,141.8,141.7,135.0,130.0,122.5,121.7,82.1,26.2.
[0092]
由实施例i35制备得到的芳(烷)基二硼酸/硼酸酯化合物(
ⅰ‑
35)的核磁共振(1h nmr和
13
c nmr)检测数据为
[0093][0094]1h nmr(400mhz,chloroform-d)δ8.93(d,j＝2.5hz,1h),7.80(d,j＝2.2hz,1h),7.77(d,j＝7.3hz,2h),7.26(d,j＝14.6hz,1h),6.46(t,j＝2.5hz,1h),1.34(s,24h)；
13
c nmr(101mhz,chloroform-d)δ145.8,136.4,135.1,129.6,126.8,108.4,82.7,25.3.
[0095]
实施例三：
[0096]
该发明在制备芳(烷)基二硼酸/硼酸酯化合物时，还公开了一种耐水耐氧的含ir-o-p键新型金属铱催化剂，可广泛用于多种c-h键硼化，底物耐受性好，催化活性优于各类市售金属铱催化剂。
[0097]
本发明的有益效果是：
[0098]
1、该ir-o-p型催化剂二硼酸/酯化合物的制备方法，通过一锅法得到芳(烷)基二硼酸/硼酸酯化合物，弥补了这类化合物需多步合成且底物范围受限的局限性，在芳基三氮烯二硼化物的制备中，即使不加配体，也能够以较高的收率得到目标化合物，基于以上优势，此方法扩大至克级反应也表现出非常高的收率，为在药物合成或材料开发领域的应用打下良好基础。
[0099]
2、该ir-o-p型催化剂二硼酸/酯化合物的制备方法，便于操作，后处理简单，反应原料廉价易得，反应底物可设计性强，底物官能团兼容性好，可根据实际需要设计合成出所需的芳(烷)基二硼酸/硼酸酯化合物，实用性较强。
[0100]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。
[0101]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。