CN111744551A - 锂配合物在腈的硼氢化反应中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂化合物及其在有机合成领域中的应用，具体涉及一种锂配合物在腈的硼氢化反应中的应用。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研究却较少，关于双负离子β‑酮亚胺配体的化合物(配合物)及其应用与硼氢化反应迄今为止没有报道。本发明将该化合物应用于腈的硼氢化反应中，可以实现腈和频哪醇硼烷的高效还原。

Description

锂配合物在腈的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、其制备方法及其在腈的硼氢化反应中的应用。

背景技术

硼氢化反应在现代金属化学和农用化学品的生产中得到广泛应用。有机硼化合物在碳-碳和碳-杂原子键形成反应中充当多用途前体，例如Suzuki-Miyaura反应和Chan-Lam交叉耦合。各种不饱和键的硼氢化已被广泛地探索，腈的硼氢化近年来受到越来越多的关注。在不饱和官能团中，有机腈中的C≡N键因其较高的键解离能（179.3 kcal / mol，750.0kJ / mol）而被认为是非常稳定的。因此，C≡N键的惰性使腈在没有催化剂的情况下难以进行硼氢化。C≡N键的硼氢化被认为是还原腈的有效方法，2018年，王绍武课题组报道了一种有酰胺官能化N-杂环卡宾（NHC）稀土金属酰胺配合物[(κ ²-N，O-κ ¹-L)₂REN(SiMe₃)₂]可以高效催化腈的硼氢化还原[Huang, Z.; Wang, S.; Zhu, X.; Yuan, Q.; Wei, Y.; Zhou,S. and Mu, X. Inorg. Chem. 2018, 57, 15069.]。

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研究却较少。关于双负离子β-酮亚胺配体的化合物(配合物)及其应用于硼氢化反应迄今为止没有报道。

发明内容

本发明的发明目的是提供新的锂配合物的应用，其可以催化腈和频哪醇硼烷制备氨基硼酸酯，由于结构简单易得，同时具有高的催化活性，较低的催化剂用量，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：锂配合物在催化腈和硼烷反应制备氨基硼酸酯中的应用；所述催化剂的化学结构式如下：

本发明还公开了制备氨基硼酸酯的方法，包括以下步骤，以腈和硼烷为原料，在催化剂存在下，反应制备氨基硼酸酯。

上述技术方案中，制备氨基硼酸酯的具体方法为，室温～60^oC下，在氮气氛围下，在催化剂存在下，将硼烷和腈搅拌反应2～3小时，然后接触空气终止反应，得到不同取代基的氨基硼酸酯。

上述技术方案中，所述的硼烷为频哪醇硼烷；所述腈为苯甲腈、对溴苯甲腈、对甲氧基苯甲腈。

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

上述技术方案可表示如下：

产物中的取代基R来自腈。

本发明中，上述催化剂锂配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，得到催化剂锂配合物；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。

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：

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。本发明利用首次公开的锂配合物催化腈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催化剂，其结构简单，合成容易，可以在60^oC条件下高活性的催化腈和硼烷的硼氢化反应，催化剂用量仅为腈摩尔量的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、提纯方法以及测试方法都是本领域常规方法；比如：

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。

内标计算收率：

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。

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：

本发明将该化合物应用于腈的硼氢化反应中，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2～3小时，可以实现腈和频哪醇硼烷的高效还原。

实施例一：[L^ph’Li₄(THF)₄]₂催化苯甲腈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腈 (64.4 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) δ7.31-7.14 (m, 5H, ArCH), 4.23 (s,2H, NCH₂), 1.18 (s, 24H, 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（0.005mmol），用移液枪依次加入苯甲腈 (64.4 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23%。

实施例二：[L^ph’Li₄(THF)₄]₂催化苯甲腈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，用移液枪依次加入苯甲腈 (64.4 μL, 0.5 mmol)，频哪醇硼烷 (159.6 μL, 1.1 mmol)，THF (200 μL), 在室温（25℃）反应24 h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76%。

实施例三：[L^ph’Li₄(THF)₄]₂催化对溴苯甲腈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腈 (91.01 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97%。产物的核磁数据: ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ7.34 (d, J = 8.3 Hz, 2H, ArH), 7.18 (d, J = 8.3Hz, 2H, ArH), 4.16 (s, 2H, NCH₂), 1.18 (s, 24H, OBpin)。

实施例四：[L^ph’Li₄(THF)₄]₂催化对甲氧基苯甲腈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腈 (66.58 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64%。

实施例五：[L^ph’Li₄(THF)₄]₂催化对甲氧基苯甲腈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腈 (66.58 mg, 0.5 mmol)，频哪醇硼烷 (159. 6 μL, 1.1 mmol)，THF(200 μL), 在60 ^oC反应180 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94%。产物的核磁数据: ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ7.57 (d, J = 9.0 Hz, 2H, ArH), 6.94 (d, J = 6.9Hz, 2H, ArH), 4.15 (s, 2H, NCH₂), 3.76 (s, 3H, OCH₃), 1.19 (s, 24H, OBpin)。

Claims (10)

1.锂配合物在催化腈和硼烷反应制备氨基硼酸酯中的应用；所述催化剂的化学结构式如下：

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2.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，得到锂配合物；所述配体的化学结构式如下：

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3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，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；配体溶液中，溶剂为醚类溶剂。

4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，小分子有机锂与配体的摩尔比为4∶1。

5.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；所述腈为苯甲腈、对溴苯甲腈、对甲氧基苯甲腈。

6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述催化剂的用量为腈的摩尔量的1%，所述硼烷和腈的摩尔比为2.2:1。

7.制备氨基硼酸酯的方法，包括以下步骤，以腈和硼烷为原料，在催化剂存在下，反应制备氨基硼酸酯；所述催化剂的化学结构式如下：

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8.根据权利要求7所述制备氨基硼酸酯的方法，其特征在于，反应的温度为室温～60^oC，时间为2～3小时。

9.根据权利要求7所述制备氨基硼酸酯的方法，其特征在于，接触空气终止反应，得到氨基硼酸酯。

10.根据权利要求7所述制备氨基硼酸酯的方法，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；所述配体的化学结构式如下：

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