本發明涉及一種芳基硼酸酯和烯基硼酸酯的制備方法，屬于有機化合物合成領域。
背景技術：
芳基和烯基硼酸酯是重要的化學模塊，在有機合成、醫藥和材料領域有著非常廣泛的應用。傳統的合成芳基硼酸酯和烯基硼酸酯的方法包括：
(1)對芳基或烯基鹵化物進行當量金屬化，形成格氏試劑或有機鋰試劑，然后以硼酸三烷基酯做為硼源進行硼化，如下式：
但這類方法對官能團的耐受性有限，不利于帶有敏感官能團的芳基和烯基硼酸酯的合成。
(2)使用過渡金屬作為催化劑，催化芳基或烯基鹵化物與硼源化合物(雙硼試劑或硼烷)進行反應生成芳基硼酸酯，如下式：
但是這類方法需要過渡金屬的參與，即使痕量的過渡金屬殘留都會對藥物及材料產生不利的影響。
(3)在強堿或紫外光照射條件下實現芳基鹵化物的直接硼化反應(JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 2012,134,19997；JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 2016,138,2985)。但是這類方法存在硼化試劑昂貴、效率低、需要特殊光反應設備等缺點。
鑒于上述現有技術，需要提供一種新的芳基和烯基硼酸酯的制備方法。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種高效的芳基和烯基硼酸酯的制備方法。
本發明所提供的取代硼酸酯(芳基和烯基硼酸酯)的制備方法，包括如下步驟：
在吡啶或其衍生物的催化作用下，經下述1)或2)即得式Ⅰ-1或式Ⅰ-2所示取 代硼酸酯：
1)鹵代物、聯硼酸酯和醇鹽進行反應；
2)鹵代物與聯硼酸酯—醇鹽復合物進行反應；
式Ⅰ-1和式Ⅰ-2中，R1為苯基、取代苯基、稠環芳基、聯苯類芳基、芴基、呋喃基、噻吩基、吡啶基、苯并呋喃基、苯并噻吩基、喹啉基或C1～C6烷基取代的烯基；
式Ⅰ-1中，R2和R2’均為C1～C6烷基，可以相同或不同；
式Ⅰ-2中，R2”和R2”’均獨立地選自亞甲基、甲基亞甲基、1,1-二甲基亞甲基、乙撐基、甲基乙撐基和1,1-二甲基乙撐基。
上述的制備方法中，所述稠環芳基具體可為萘基；所述聯苯類芳基具體可為聯二苯。
上述的制備方法中，所述吡啶或其衍生物的結構式如式Ⅱ所示：
式Ⅱ中，R3表示吡啶環上的一個或多個取代基，選自H、C1～C6烷基、C1～C6烷氧基、N,N-二甲基、氰基、酯基、苯基、取代苯基、萘基、呋喃基、噻吩基和吡啶基。
上述的制備方法中，R1和R3中的取代苯基均為單取代苯基或雙取代苯基，其中的取代基選自C1～C6烷基、C1～C6烷氧基、C1～C6烯基、C1～C6烯氧基、C1～C6炔基、C1～C6炔氧基、C1～C6酯基、鹵素、三氟甲基、三氟甲氧基和氰基，其中，C1～C6烷基具體可為甲基，C1～C6烷氧基具體可為甲氧基，C1～C6烯氧基具體可為1-丙烯氧基，C1～C6酯基具體可為甲酯基或乙酯基，鹵素具體可為氟或氯。
上述的制備方法中，所述鹵代物的結構式如式Ⅲ所示：
R1-X
式Ⅲ
式Ⅲ中，R1的定義同式Ⅰ-1中；
X為碘、溴或氯。
上述的制備方法中，所述聯硼酸酯的結構式如式Ⅳ-1或式Ⅳ-2所示：
式Ⅳ-1中，R2和R2’的定義同式Ⅰ-1中，
式Ⅳ-2中，R2”和R2”’的定義同式Ⅰ-2中。
上述的制備方法中，所述醇鹽的分子式為R4OM，其中，R4表示C1～C6烷基，M表示鋰、鈉或鉀。
上述的制備方法中，所述聯硼酸酯—醇鹽復合物的結構式如式Ⅴ-1或式Ⅴ-2所示：
式Ⅴ-1中，R2和R2’的定義同式Ⅰ-1中；
式Ⅴ-2中，R2”和R2”’的定義同式Ⅰ-2中；
式Ⅴ-1和式Ⅴ-2中，R4表示C1～C6烷基，M表示鋰、鈉或鉀。
上述的制備方法中，方法1)中的反應方程式如下所示：
方法2)中的反應方程式如下所示：
方法2)與方法1)的區別在于將所述聯硼酸酯與所述醇鹽預先反應形成所述聯硼酸酯—醇鹽復合物，經分離后用于芳基硼酸酯和烯基硼酸酯的合成，其余反應條件均相同。
上述的制備方法中，1)中，所述鹵代物、所述聯硼酸酯、所述醇鹽與所述吡啶或其衍生物的摩爾比可為1：1.0～3.0：1.0～3.0：0.01～1.0，具體可為1：2.0：2.0：0.2；
2)中，所述鹵代物、所述聯硼酸酯—醇鹽復合物與所述吡啶或其衍生物的摩爾比可為1：1.0～3.0：0.01～1.0，具體可為1：2.0：0.2。
上述的制備方法中，1)和2)中，所述反應的溫度均可為20～150℃，具體可為85℃，時間均可為0.1～48h，具體可為12h。
上述的制備方法中，1)和2)中，所述反應均在有機溶劑中進行，所述有機溶劑為烷烴類溶劑、醚類溶劑、苯類溶劑、二甲亞砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中至少一種；
所述烷烴類溶劑具體可為二氯甲烷、三氯甲烷或四氯化碳；
所述醚類溶劑具體可為四氫呋喃或甲基叔丁基醚；
所述苯類溶劑具體可為苯或甲苯。
與現有的合成方法相比，本發明具有如下有益效果：
使用價格低廉的吡啶或其衍生物作為催化劑代替過渡金屬催化劑，且反應條件溫和，反應產率高，避免了痕量過渡金屬在硼化產物中的殘留，降低了芳基和烯基硼酸酯合成反應的成本。
具體實施方式
下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規方法。
下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業途徑得到。
下列實施實例中，Me表示甲基，Ph表示苯基，MTBE表示甲基叔丁基醚。
下述實施例中的聯硼酸頻那醇酯、聯硼酸新戊二醇酯和雙聯(2-甲基-2,4-戊二醇)硼酸酯從安耐吉試劑公司購買，純度>97％；甲醇鉀從阿拉丁試劑公司購買，純度>95％，甲醇鈉從百靈威公司購買，純度>97％；4-苯基吡啶從梯希愛試劑公司購買，純度>97％；其他取代的吡啶化合物均從百靈威試劑公司購買，純度>97％；所用溶劑均從百靈威試劑公司購買。以上化合物均直接使用。
一、芳基硼酸酯和烯基硼酸酯的合成方法(采用方案1)：
1、小量合成方法：
在氬氣氣氛下，向一個15mL封管中依次加入磁力攪拌子，芳基或烯基鹵代物(0.500mmol)、聯硼酸酯(1.00mmol)、醇鹽(1.00mmol)、吡啶催化劑(0.100mmol)以及溶劑(例如0.4mL甲基叔丁基醚)。將該反應管用聚四氟乙烯蓋子封好后，置于一個溫度恒定在85℃的油浴鍋中，攪拌反應12小時。將反應液冷卻至室溫后，打開封蓋，加入5mL水和10mL乙醚，充分攪拌。分離出有機相，向水相中加入冰醋酸，將溶液的pH調至7，再用10mL乙醚分三次萃取。合并所有的有機相，用飽和食鹽水洗滌，再用無水硫酸鈉干燥20分鐘后在旋轉蒸發儀上濃縮。所得的粗產品使用硅膠色譜柱純化，即得到相應的芳基硼酸酯或烯基硼酸酯。
2、克級制備方法
反應式與小量合成方法相同。
在一個配有冷凝管的50mL圓底燒瓶中依次加入磁力攪拌子，芳基或烯基鹵代物(10.0mmol)、聯硼酸酯(20.0mmol)、醇鹽(20.0mmol)、吡啶催化劑(2.00mmol)以及少量溶劑(例如8mL甲基叔丁基醚)。將該混合物在氬氣氣氛下置于一個溫度恒定在85℃的油浴鍋中，在攪拌下加熱回流12小時。將反應液冷卻至室溫后，加入20mL水和20mL乙醚，充分攪拌。分離出有機相，向水相中加入冰醋酸，將溶液的pH調至7，再用30mL乙醚分三次萃取。合并所有的有機相，用飽和食鹽水洗滌，再用無水硫酸鈉干燥20分鐘后在旋轉蒸發儀上濃縮。所得的粗產品使用硅膠色譜柱純化，即得到相應的芳基硼酸酯或烯基硼酸酯。
二、芳基硼酸酯和烯基硼酸酯的合成方法(采用方案2)：
1、聯硼酸酯—醇鹽復合物的制備方法：
向一個50mL史萊克燒瓶中依次加入聯硼酸酯(10.0mmol)、醇鹽(10.0mmol)以及溶劑(例如20mL無水甲醇)。在25℃下，振搖燒瓶使所有的固體全部溶解。之后將反應混合物在旋轉蒸發儀上濃縮，剩余物用高真空油泵進一步除去殘留的溶劑，即得到相應的聯硼酸酯—醇鹽復合物。
2、使用預先制備的聯硼酸酯—醇鹽復合物作為硼源制備芳基硼酸酯與烯基硼酸酯的方法：
向15mL封管中依次加入磁力攪拌子，芳基或烯基鹵代物(0.500mmol)、聯硼酸酯—醇鹽復合物(1.00mmol)、吡啶催化劑(0.100mmol)以及少量溶劑(例如0.4mL甲基叔丁基醚)。將該反應管用聚四氟乙烯蓋子封好后，置于一個溫度恒定在85℃的 油浴鍋中，攪拌反應12小時。將反應液冷卻至室溫后，打開封蓋，加入5mL水和10mL乙醚，充分攪拌。分離出有機相，向水相中加入冰醋酸，將溶液的pH調至7，再用10mL乙醚分三次萃取。合并所有的有機相，用飽和食鹽水洗滌，再用無水硫酸鈉干燥20分鐘后在旋轉蒸發儀上濃縮。所得的粗產品使用硅膠色譜柱純化，即得到相應的芳基硼酸酯或烯基硼酸酯。
實施例1、帶有不同芳環取代基的芳基硼酸酯合成
實驗步驟：按照上述一中方案1)中的小量合成方法進行操作，即可合成帶有不同芳環取代基的芳基硼酸酯(如表1中所示)。所得的芳基硼酸酯均為已知化合物，其表征數據與文獻報道一致。
表1不同取代基芳基硼酸酯合成實例
注釋：[a]除特殊說明外，所報道的產率均為分離產率。
[b]合成中使用0.65mmol聯硼酸頻那醇酯和0.65mmol甲醇鉀。
[c]合成中使用1.50mmol聯硼酸頻那醇酯和1.50mmol甲醇鉀。
[d]核磁產率。
實施例2、烯基硼酸酯合成
實驗步驟：按照一中方案1)的小量合成方法進行操作，即可合成不同的烯基硼酸酯產物(如表2中所示)。
表2不同取代基烯基硼酸酯合成實例
注釋：[a]所報道的產率均為分離產率。
[b]合成中使用0.65mmol聯硼酸頻那醇酯，0.65mmol甲醇鉀。
[c]合成中使用0.200mmol 4-苯基吡啶。
獲得的環己烯-1-硼酸頻哪醇酯和4-辛烯-4-硼酸頻哪醇酯為已知化合物，其表征數據與文獻報道一致。
獲得的6-十二烯-6-硼酸頻哪醇酯(E/Z構型混合物，其中含89％的E構型產物和11％的Z構型產物)的表征數據如下：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):6.28(t,J＝7.1Hz,1H,minor),5.98(t,J＝7.5Hz,1H,major),2.28(app.q,J＝7.3Hz,2H,major),2.08-2.14(m,4H,minor),2.07(t,J＝7.2Hz,2H,major),1.23-1.37(m,24H,overlapping),0.85-0.90(m,6H,overlapping)。
13C NMR(100MHz,CDCl3)(major product only)δ(ppm):146.1,131.9(化學位移通過HMBC確定),82.9,37.0,31.7,31.6,31.2,30.2,29.9,24.9,22.7,22.6,14.23,14.22。
11B NMR(128MHz,CDCl3):δ(ppm):30.8。
實施例3、不同的聯硼酸酯作為原料合成芳基硼酸酯
實驗步驟：按照一中方案1)中的小量合成方法進行操作，即可合成芳基硼酸新戊二醇酯和2-甲基-2,4-戊二醇酯(如表3中所示)。所獲得的芳基硼酸酯為已知化合物，其表征數據與文獻報道一致。
表3使用不同的聯硼酸酯進行芳基硼酸酯的合成
注釋：[a]所報道的產率均為分離產率。
實施例4、克級制備反應實例
實驗步驟：按照一中方案1)的克級制備方法進行操作，即可合成帶有不同芳環取代基的芳基硼酸酯化合物(如表4中所示)。
表4使用克級制備方法進行芳基硼酸酯的合成
注釋：[a]所報道的產率均為分離產率。
實施例5、使用預制的聯硼酸酯—醇鹽復合物進行芳基硼酸酯合成
1、聯硼酸酯—醇鹽復合物制備實例：
實驗步驟：按照二中方案2)中的聯硼酸酯—醇鹽復合物的制備方法進行操作，以甲醇為溶劑，從聯硼酸頻哪醇酯和甲醇鉀可以定量地獲得聯硼酸頻哪醇酯—甲醇鉀復合物。
2、使用預制的聯硼酸酯—醇鹽復合物進行芳基硼酸酯的合成
實驗步驟：按照二中方案2)的合成方法進行操作，以4-甲氧基碘苯和預制的聯硼酸頻哪醇酯—甲醇鉀復合物為原料，4-苯基吡啶為催化劑，即可以83％的分離產率獲得對應的芳基硼酸頻哪醇酯產物。
在此說明書中，本發明已經參照特定的實施實例做了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發明的精神和范圍。因此，說明書應被認為是說明性的而非限制性的。