4-磺酸基苯硼酸的合成

王靜,張曉麗

(商丘師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，河南 商丘 476000)

取代基苯硼酸(substituent phenylboronic acid)是有芳香氣味的硼酸，種類(lèi)繁多.各種取代的芳環(huán)硼酸是Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)的前體，重要的有機(jī)合成中間體，被廣泛用于藥物的合成與修飾以及不對(duì)稱(chēng)催化劑的合成等.目前取代基苯硼酸已被廣泛應(yīng)用于電子、化學(xué)、醫(yī)藥、生物等領(lǐng)域[1-4].例如它被用作液晶顯示材料[1]、化學(xué)發(fā)光增強(qiáng)劑[2]、木制品防腐劑[3]和酶的抑制劑.此外它還在糖類(lèi)傳感器[4]、物質(zhì)分離純化、藥物控釋系統(tǒng)方面也有非常重要的應(yīng)用.

早在20世紀(jì)50年代左右，國(guó)外就開(kāi)始了取代基苯硼酸的合成研究，其合成方法主要有3種：有機(jī)鋰試劑法、格氏試劑法和鈀催化氧硼基法.有機(jī)鋰試劑法所用到的丁基鋰試劑，在工業(yè)中應(yīng)用不現(xiàn)實(shí).同有機(jī)鋰試劑法相比，格氏試劑法所用的原料易得且價(jià)格較便宜，操作也比較簡(jiǎn)便安全，應(yīng)用較廣.但要用于實(shí)際生產(chǎn)還需大幅提高親核取代溫度，縮短反應(yīng)時(shí)間.鈀催化氧硼基法條件溫和，可以在許多敏感官能團(tuán)存在下進(jìn)行，很有發(fā)展前景，但催化劑昂貴且回收較難，要用于實(shí)際生產(chǎn)還需尋找合適的催化劑，達(dá)到降低成本和減少產(chǎn)品中的重金屬污染目的.

目前，雖然取代基苯硼酸的合成研究已經(jīng)較成熟，但4-磺酸基苯硼酸的合成還未見(jiàn)報(bào)道.文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)可以利用重氮鹽來(lái)合成硼酸酯[5-10].苯磺酸重氮鹽在染料合成中經(jīng)常涉及，所以參考文獻(xiàn)[11]通過(guò)重氮鹽中間體進(jìn)行硼酸合成.本文以對(duì)氨基苯磺酸為原料，通過(guò)重氮鹽中間體來(lái)合成4-磺酸基苯硼酸(圖1).該合成方法操作簡(jiǎn)單，產(chǎn)物提純方便，反應(yīng)可以放大到10 g以上，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)提供重要參考.

圖1 4-磺酸基苯硼酸的合成路線. Figure1 The synthesis routes of 4-Boronobenzenesulfonic acid.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

1H NMR和13C NMR使用Bruker 400 M核磁共振儀測(cè)定.1H NMR使用D6-DMSO做溶劑，以2.5來(lái)定標(biāo)，13C NMR使用D6-DMSO做溶劑，以39.5來(lái)定標(biāo).元素分析使用UBC元素分析設(shè)備.

四羥基乙硼烷，Alfa Aesar公司；亞硝酸鈉，2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚，對(duì)氨基苯磺酸，上海達(dá)瑞化學(xué)試劑公司；氫氧化鈉，濃硫酸，甲醇，乙酸乙酯，乙醇均為市售分析純.薄層層析(GF254)硅膠為山東青島海洋化工廠產(chǎn)品.

1.2 合成

(1)對(duì)氨基苯磺酸重氮鹽的合成

將11.1 g(0.278 mol，1.4 eq)氫氧化鈉溶于140 mL水中并冷卻溶液到室溫(20～25 ℃)，加入34.6 g(0.2 mol)對(duì)氨基苯磺酸，攪拌至澄清，加入亞硝酸鈉水溶液[14.4 g(0.209 mol，1.05 eq)亞硝酸鈉與100 mL水混合而成]后體系形成均相溶液備用.在另一個(gè)反應(yīng)瓶中加入冰約180 g，開(kāi)啟攪拌，緩慢加入濃硫酸27.8 mL，繼續(xù)攪拌并冰水冷卻，滴加上述備用液，滴加過(guò)程中控制溫度不超過(guò)15 ℃，約滴至三分之一時(shí)，體系開(kāi)始變渾濁，約20 min滴加完畢，繼續(xù)攪拌0.5 h后(0～15 ℃)，TLC檢測(cè)(展開(kāi)劑為EA∶MeOH=4∶1)原料消失，將體系冷卻到0～5 ℃攪拌0.5 h，抽濾，并用0～5 ℃冷水洗滌固體，得濕品36.5 g.

(2)4-磺酸基苯硼酸的合成

室溫下，在反應(yīng)瓶中加入365 mL水、36.5 g重氮鹽濕品和催化量BHT(2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚)，冷卻體系到10～15 ℃后緩慢加入24 g(0.268 mol)四羥基乙硼烷，體系中有氣泡產(chǎn)生，無(wú)明顯升溫，加完后，升至室溫(25～30 ℃)，攪拌3 h.隨著攪拌的進(jìn)行，體系逐漸變澄清，顏色逐漸變化為黃色、紅棕色.TLC檢測(cè)重氮鹽(展開(kāi)劑為EA∶MeOH=1∶1)消失，減壓蒸去水，并用100 mL無(wú)水乙醇減壓蒸干帶2次水后再加入無(wú)水乙醇50 mL，加熱至回流，體系不澄清，撤去加熱，冷卻到室溫(20～25 ℃)，過(guò)濾，得濕品15.0 g，鼓風(fēng)干燥后得到類(lèi)白色固體11.3 g，收率28%.1H NMR(400 MHz，D6-DMSO)δ：7.64(d，J=8.4 Hz，2H)，7.19(d，J=8.4 Hz，2H)；13C NMR(D6-DMSO，100 MHz)δ：146.71 133.55，127.52，122.63.Ms(ESI)：m/z=202.Anal.calcd for C6H7BO5S：C，35.68；H，3.49；O，39.60；S，15.87.Found：C，35.7；H，3.45.

2 結(jié)果與討論

在重氮鹽的制備中不能使用NaNO2/濃鹽酸體系，因?yàn)樵蠈?duì)氨基苯磺酸在鹽酸中幾乎不溶，滴加亞硝酸鈉水溶液反應(yīng)幾乎不放熱.重氮化反應(yīng)溫度常取決于重氮鹽的穩(wěn)定性.大部分重氮鹽在低溫下比較穩(wěn)定，由于對(duì)氨基苯磺酸重氮鹽穩(wěn)定性高，因此重氮化溫度可在10-15℃進(jìn)行.由于乙醇可以洗去硼酸以及重氮鹽中性體系產(chǎn)生的相關(guān)雜質(zhì)或由自由基導(dǎo)致的雜質(zhì)等，因此，最后選擇乙醇來(lái)精制產(chǎn)品.

本合成方法操作簡(jiǎn)單，產(chǎn)物提純方便，反應(yīng)可以放大到10 g以上，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)提供重要參考.

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