介紹

硼原子與碳原子在元素周期表中處于同一周期，二者在結(jié)構(gòu)上非常相似。2-呋喃硼酸（別名：2-呋喃4-噻吩硼酸）是中等強(qiáng)度的有機(jī)路易斯酸，在空氣中比較穩(wěn)定且反應(yīng)活性較高，在電子、化學(xué)、醫(yī)藥和生物等方面應(yīng)用廣泛，同時(shí)，2-呋喃硼酸毒性小，反應(yīng)溫和且后處理容易，被稱為“綠色”合成試劑。

圖一 2-呋喃硼酸

應(yīng)用

芳基硼酸在合成、催化、生物醫(yī)藥領(lǐng)域有著諸多應(yīng)用。

在合成方面，芳基硼酸在C—O鍵、C—N鍵、C—S鍵的形成反應(yīng)中具有非常重要的應(yīng)用[1];

在催化方面，含取代基的芳基硼酸可以作為其他反應(yīng)的促進(jìn)劑或催化劑。該類催化劑具有高效、環(huán)保以及良好的選擇性和適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)[2]。在催化酯化、酰胺化、乙?；⒖s合反應(yīng)、羧酸還原反應(yīng)、Biginelli反應(yīng)、Diels-Alder反應(yīng)、Ritter反應(yīng)及不對(duì)稱合成等許多有機(jī)反應(yīng)中都顯示出優(yōu)越性[3-6];

在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，有機(jī)硼化合物在抗腫瘤藥物、抗感染藥物、抑制凝血酶、二肽基肽酶等合成方面都有較好的應(yīng)用[7,8]。目前，以芳基硼酸為糖敏感基團(tuán)的糖敏感材料倍受人們關(guān)注[9]。另外，芳基硼酸是Suzuki反應(yīng)的主要原料。Suzuki交叉偶聯(lián)反應(yīng)是構(gòu)建sp2類型C—C單鍵的重要方法之一[10]。該反應(yīng)具有位置選擇性和立體選擇性好、反應(yīng)條件溫和、官能團(tuán)容忍性好、產(chǎn)率高等特點(diǎn)，已成為有機(jī)合成中不可缺少的一種手段，在天然產(chǎn)物、藥物、除草劑、功能高分子、精細(xì)化學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景[11]。因此，有機(jī)硼酸一直保持著比較旺盛的市場(chǎng)需求。

合成

劉國(guó)權(quán)等人[12]研究的2-呋喃硼酸是一種有機(jī)合成重要中間體，目前報(bào)道的合成方法有GSCHWEND等人采用呋喃為起始物，以三價(jià)鈥試劑為催化劑，與硼酸三丁酯和烷基鋰反應(yīng)，但該方法具有催化劑難以得到，產(chǎn)率低(55%)的缺點(diǎn)[13]。KNAPP等人報(bào)道了一種在空氣中穩(wěn)定的含硼化合物MIDA Boronates，該試劑可用于緩慢釋放芳基硼酸直接用于交叉耦合反應(yīng)[14]。但是這2種方法都很難用于工業(yè)生產(chǎn)芳基硼酸。因此筆者在通過(guò)鹵代芳烴與烷基鋰以及硼酸酯反應(yīng)的經(jīng)典制備芳基硼酸方法的基礎(chǔ)上，優(yōu)化反應(yīng)條件，降低生產(chǎn)成本，探索出一條易于工業(yè)化生產(chǎn)的合成路線，這一研究具有很大的實(shí)際意義和市場(chǎng)價(jià)值。

向四口瓶中加入一定配比的2-溴呋喃、硼酸三丁酯和四氫呋喃，用丙酮干冰浴控制反應(yīng)體系溫度穩(wěn)定在-40 ℃，保持通氮、攪拌下將恒壓滴液漏斗中的正丁基鋰緩慢滴加到四口瓶中。滴畢保溫1 h，靜置，待反應(yīng)體系自然升溫到0 ℃，用10%(體積分?jǐn)?shù))的稀鹽酸進(jìn)行水解，開(kāi)始有白色絮狀沉淀產(chǎn)生，且隨鹽酸的滴加而增加，隨后又隨鹽酸的滴加而逐漸溶解直至變得澄清，此時(shí)測(cè)定溶液pH值為2.0。靜置后溶液分為2層，上層為棕黃色有機(jī)相，下層為無(wú)色水相。用飽和Na2CO3溶液調(diào)節(jié)溶液的pH值，溶液仍分為2層，上層為棕黃色有機(jī)相，下層為無(wú)色水相。分離有機(jī)相，用乙酸乙酯萃取水相中的有機(jī)相，合并有機(jī)相于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上減壓旋蒸(溫度為50 ℃;轉(zhuǎn)速為63 r/min)。旋蒸完畢后，將產(chǎn)物取出，用二氯甲烷提純脫色后得白色晶體，計(jì)算產(chǎn)率為84.0%。HPLC測(cè)定純度為99.702 7%。合成步驟見(jiàn)圖二。

圖二 2-呋喃硼酸的合成

以2-溴呋喃為起始物，利用鋰試劑和硼酸酯合成了2-呋喃硼酸。結(jié)果表明，該合成工藝具有產(chǎn)率高、反應(yīng)起始物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)?？疾炝朔磻?yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、物料配比、pH值對(duì)產(chǎn)率的影響，確定了合成2-呋喃硼酸的合成條件:反應(yīng)溫度為60 ℃，反應(yīng)時(shí)間為1 h，物料配比為n(2-溴呋喃)∶n(硼酸三丁酯)∶n(正丁基鋰)=1.00∶1.20∶1.20，pH值為6.0，得到2-呋喃硼酸的產(chǎn)率為84.0%。

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