2－呋喃硼酸的合成研究

劉國權，宋金然，張家瑞，梁九娣

（河北科技大學理學院，河北石家莊 050018）

2－呋喃硼酸的合成研究

劉國權，宋金然，張家瑞，梁九娣

（河北科技大學理學院，河北石家莊 050018）

以2－溴呋喃和硼酸三丁酯為原料，采用正丁基鋰法合成了2－呋喃硼酸。考察了反應溫度、反應時間、物料配比以及pH值等主要因素對合成反應產率的影響。采用HPLC，FTIR，1H NMR等方法對產品的純度和結構進行了分析表征。結果表明：當反應溫度為－60℃，反應時間為1h，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時，2－呋喃硼酸的產率最高可達84.0%，純度可達99.702 7%。

2－呋喃硼酸；2－溴呋喃；正丁基鋰；合成

硼原子與碳原子在元素周期表中處于同一周期，二者在結構上非常相似。硼試劑參與的很多有機反應正是利用了這種相似性［1］。芳基硼酸是中等強度的有機路易斯酸，在空氣中比較穩定且反應活性較高，在電子、化學、醫藥和生物等方面應用廣泛［2－3］，同時，芳基硼酸毒性小，反應溫和且后處理容易，被稱為“綠色”合成試劑。在合成方面，芳基硼酸在C—O鍵、C—N鍵、C—S鍵的形成反應中具有非常重要的應用［4］；在催化方面，含取代基的芳基硼酸可以作為其他反應的促進劑或催化劑。該類催化劑具有高效、環保以及良好的選擇性和適應工業化生產等優點［5］。在催化酯化、酰胺化、乙酰化、縮合反應、羧酸還原反應、Biginelli反應、Diels－Alder反應、Ritter反應及不對稱合成等許多有機反應中都顯示出優越性［6－9］；在生物醫學領域，有機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用［10－11］。目前，以芳基硼酸為糖敏感基團的糖敏感材料倍受人們關注［12］。另外，芳基硼酸是Suzuki反應的主要原料。Suzuki交叉偶聯反應是構建sp2類型C—C單鍵的重要方法之一［13］。該反應具有位置選擇性和立體選擇性好、反應條件溫和、官能團容忍性好、產率高等特點，已成為有機合成中不可缺少的一種手段，在天然產物、藥物、除草劑、功能高分子、精細化學等領域有著廣泛的應用前景［14］。因此，有機硼酸一直保持著比較旺盛的市場需求。

本文所研究的2－呋喃硼酸是一種有機合成重要中間體，目前報道的合成方法有GSCHWEND等人采用呋喃為起始物，以三價鈥試劑為催化劑，與硼酸三丁酯和烷基鋰反應，但該方法具有催化劑難以得到，產率低（55%）的缺點［15］。KNAPP等人報道了一種在空氣中穩定的含硼化合物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［16］。但是這2種方法都很難用于工業生產芳基硼酸。因此筆者在通過鹵代芳烴與烷基鋰以及硼酸酯反應的經典制備芳基硼酸方法的基礎上，優化反應條件，降低生產成本，探索出一條易于工業化生產的合成路線，這一研究具有很大的實際意義和市場價值。

1 實驗部分

1.1 主要試劑與儀器

主要試劑：正丁基鋰（2.5mol／L）、2－溴呋喃、硼酸三丁酯、四氫呋喃、鹽酸、乙酸乙酯、丙酮、干冰、高純氮氣。主要儀器：四口瓶、增力電動攪拌器、低溫溫度計、旋轉蒸發儀、循環水式多用真空泵、電子天平。

1.2 實驗步驟

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體系溫度穩定在－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1h，靜置，待反應體系自然升溫到0℃，用10%（體積分數）的稀鹽酸進行水解，開始有白色絮狀沉淀產生，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，此時測定溶液pH值為2.0。靜置后溶液分為2層，上層為棕黃色有機相，下層為無色水相。用飽和Na2CO3溶液調節溶液的pH值，溶液仍分為2層，上層為棕黃色有機相，下層為無色水相。分離有機相，用乙酸乙酯萃取水相中的有機相，合并有機相于旋轉蒸發儀上減壓旋蒸（溫度為50℃；轉速為63r／min）。旋蒸完畢后，將產物取出，用二氯甲烷提純脫色后得白色晶體，計算產率為84.0%。HPLC測定純度為99.702 7%；IR測定結果：3 250cm－1為O—H鍵伸縮振動頻率νO－H，1 485，1 415，1 200cm－1為環骨架伸縮振動頻率νC＝C；1H NMR：8.153（t，2H），7.801（t，1H），7.501（t，1H），6.468（s，1H）。合成步驟見圖1。

圖1 2－呋喃硼酸的合成步驟Fig.1 Synthesis steps of 2－furanylboronic acid

2 結果與討論

本文主要考察了反應溫度、反應時間、物料配比、pH值對2－呋喃硼酸產率的影響，確定了2－呋喃硼酸比較好的合成條件。

2.1 反應溫度對產率的影響

固定反應過程的反應時間、物料配比、pH值不變，只改變反應溫度，考察了反應溫度對反應產率的影響，實驗結果見表1。

表1 反應溫度對產率的影響Tab.1 Influence of reaction temperature on the yield

由表1可見，2－呋喃硼酸的產率隨反應溫度的下降而急劇升高。這是因為生成一取代產物以后，正丁基鋰可以繼續進攻一取代產物中的硼原子，從而生成二取代甚至三取代產物（見圖2），而低溫可以降低反應物的活性，從而可以抑制二取代或三取代副反應的發生，顯著提高產率。當反應溫度降低到－60℃時，反應基本完全，產率已經達到84.0%。再降低溫度，產率增加趨勢平緩而且能耗太大，綜合考慮各種因素（能耗、速度、產率等），故選用－60℃作為反應溫度。

圖2 2－呋喃硼酸的二次取代Fig.2 The second substitute of 2－furanylboronic acid

2.2 反應時間對產率的影響

固定反應過程的反應溫度、物料配比、pH值不變，只改變反應時間，考察了反應時間對反應產率的影響，實驗結果見表2。

表2 反應時間對產率的影響Tab.2 Influence of reaction time on the yield

由表2可見隨著反應時間的增加，產率也增加，且當反應進行到1h后，反應已經基本充分，產物產率達到84.0%，繼續延長反應時間，由于反應基本完全，產物產率的增加很小。另外隨著時間的延長，不僅會增加能耗，還會產生副產物，雖然樣品產量高，但目標產物的產率會降低。所以選擇1h左右為反應時間。

2.3 物料配比對產率的影響

固定反應過程的反應溫度、反應時間、pH值不變，只改變物料配比，考察了物料配比對反應產率的影響，實驗結果見表3。n

表3 物料配比對產率的影響Tab.3 Influence of reagent proportion on the yield

由表3可知2－呋喃硼酸的產率隨著硼酸三丁酯的增加而增加。這是由于硼酸三丁酯的存在，使得鋰試劑與一取代2－呋喃硼酸丁酯碰撞的幾率減少，即發生二次取代的幾率減小，產率增加；但當硼酸三丁酯增加到一定程度時，產率將無明顯變化。這是因為隨著硼酸三丁酯的增加，反應體系B（OC4H9）3的濃度增大，鋰試劑中的鋰與2－溴呋喃中的溴已經全部發生交換，硼基化反應完全。由表3可知當n（2－溴呋喃）∶n（硼酸三丁酯）∶n（正丁基鋰）＝1.00∶1.20∶1.20時產率最高，達到84.0%。因此選擇n（2－溴呋喃）∶n（硼酸三丁酯）∶n（正丁基鋰）為1.00∶1.20∶1.20為該反應的物料配比。

2.4 pH值對產率的影響

固定反應過程的反應溫度、反應時間、物料配比不變，只改變加入飽和Na2CO3溶液后的pH值，考察了pH值對反應產率的影響，實驗結果見表4。

表4 pH值對產率的影響Tab.4 Influence of pH value on the yield

由表4的數據可知，pH值對產率的影響非常顯著。當用飽和Na2CO3溶液調節pH值為6.0時，2－呋喃硼酸的產率最高，為84.1%。

3 結 語

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。結果表明，該合成工藝具有產率高、反應起始物結構簡單的優點。考察了反應溫度、反應時間、物料配比、pH值對產率的影響，確定了合成2－呋喃硼酸的合成條件：反應溫度為－60℃，反應時間為1h，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－呋喃硼酸的產率為84.0%。

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Synthesis of 2－furanylboronic acid

LIU Guo－quan，SONG Jin－ran，ZHANG Jia－rui，LIANG Jiu－di
（College of Sciences，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang Hebei 050018，China）

2－furanylboronic acid was synthesized with 2－bromofuran and tributyl borate as raw materials by using then－butyl lithium reagent method.The effects of reaction temperature，reaction time，reactant molar ratio and pH value on the reaction yield were investigated.The purity and structure of the product were characterized by HPLC，FTIR and1H NMR.The optimal reaction condition for the synthesis of 2－furanylboronic acid was obtained as follows：the temperature is－60℃，the time is 1 h，the molar ratio isn（2－bromofuran）∶n（tributyl borate）∶n（n－butyl lithium）＝1.00∶1.20∶1.20，and the pH is 6.0.Under the above reaction conditions，the yield of 2－furanylboronic acid reaches 84.0%and its purity is up to 99.702 7%.

2－furanylboronic acid；2－bromofuran；n－butyl lithium；synthesis

O626.11

A

1008－1542（2012）02－0103－04

2011－10－21；責任編輯：王海云

劉國權（1962－），男，河北唐山人，副教授，碩士，主要從事功能材料及現代檢測技術方面的研究。