2-呋喃硼酸的合成研究

介绍

硼原子与碳原子在元素周期表中处于同一周期，二者在结构上非常相似。2-呋喃硼酸（别名：2-呋喃4-噻吩硼酸）是中等强度的有机路易斯酸，在空气中比较稳定且反应活性较高，在电子、化学、医药和生物等方面应用广泛，同时，2-呋喃硼酸毒性小，反应温和且后处理容易，被称为“绿色”合成试剂。

图一 2-呋喃硼酸

应用

芳基硼酸在合成、催化、生物医药领域有着诸多应用。

在合成方面，芳基硼酸在C—O键、C—N键、C—S键的形成反应中具有非常重要的应用[1];

在催化方面，含取代基的芳基硼酸可以作为其他反应的促进剂或催化剂。该类催化剂具有高效、环保以及良好的选择性和适应工业化生产等优点[2]。在催化酯化、酰胺化、乙酰化、缩合反应、羧酸还原反应、Biginelli反应、Diels-Alder反应、Ritter反应及不对称合成等许多有机反应中都显示出优越性[3-6];

在生物医学领域，有机硼化合物在抗肿瘤药物、抗感染药物、抑制凝血酶、二肽基肽酶等合成方面都有较好的应用[7,8]。目前，以芳基硼酸为糖敏感基团的糖敏感材料倍受人们关注[9]。另外，芳基硼酸是Suzuki反应的主要原料。Suzuki交叉偶联反应是构建sp2类型C—C单键的重要方法之一[10]。该反应具有位置选择性和立体选择性好、反应条件温和、官能团容忍性好、产率高等特点，已成为有机合成中不可缺少的一种手段，在天然产物、药物、除草剂、功能高分子、精细化学等领域有着广泛的应用前景[11]。因此，有机硼酸一直保持着比较旺盛的市场需求。

合成

刘国权等人[12]研究的2-呋喃硼酸是一种有机合成重要中间体，目前报道的合成方法有GSCHWEND等人采用呋喃为起始物，以三价钬试剂为催化剂，与硼酸三丁酯和烷基锂反应，但该方法具有催化剂难以得到，产率低(55%)的缺点[13]。KNAPP等人报道了一种在空气中稳定的含硼化合物MIDA Boronates，该试剂可用于缓慢释放芳基硼酸直接用于交叉耦合反应[14]。但是这2种方法都很难用于工业生产芳基硼酸。因此笔者在通过卤代芳烃与烷基锂以及硼酸酯反应的经典制备芳基硼酸方法的基础上，优化反应条件，降低生产成本，探索出一条易于工业化生产的合成路线，这一研究具有很大的实际意义和市场价值。

向四口瓶中加入一定配比的2-溴呋喃、硼酸三丁酯和四氢呋喃，用丙酮干冰浴控制反应体系温度稳定在-40 ℃，保持通氮、搅拌下将恒压滴液漏斗中的正丁基锂缓慢滴加到四口瓶中。滴毕保温1 h，静置，待反应体系自然升温到0 ℃，用10%(体积分数)的稀盐酸进行水解，开始有白色絮状沉淀产生，且随盐酸的滴加而增加，随后又随盐酸的滴加而逐渐溶解直至变得澄清，此时测定溶液pH值为2.0。静置后溶液分为2层，上层为棕黄色有机相，下层为无色水相。用饱和Na2CO3溶液调节溶液的pH值，溶液仍分为2层，上层为棕黄色有机相，下层为无色水相。分离有机相，用乙酸乙酯萃取水相中的有机相，合并有机相于旋转蒸发仪上减压旋蒸(温度为50 ℃;转速为63 r/min)。旋蒸完毕后，将产物取出，用二氯甲烷提纯脱色后得白色晶体，计算产率为84.0%。HPLC测定纯度为99.702 7%。合成步骤见图二。

图二 2-呋喃硼酸的合成

以2-溴呋喃为起始物，利用锂试剂和硼酸酯合成了2-呋喃硼酸。结果表明，该合成工艺具有产率高、反应起始物结构简单的优点。考察了反应温度、反应时间、物料配比、pH值对产率的影响，确定了合成2-呋喃硼酸的合成条件:反应温度为60 ℃，反应时间为1 h，物料配比为n(2-溴呋喃)∶n(硼酸三丁酯)∶n(正丁基锂)=1.00∶1.20∶1.20，pH值为6.0，得到2-呋喃硼酸的产率为84.0%。

参考文献

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