本发明属于有机合成领域，具体涉及一种利用三茂稀土金属配合物制备硼酸酯的方法。
背景技术：
硼酸酯类化合物的应用范围十分广泛，不但可以作为聚合物添加剂、汽油添加剂、灭菌剂、阻燃剂使用，而且可以用作润滑油添加剂和汽车制动液。同时，硼酸或硼酸酯可以转化成其他多种官能团，它是有机合成中一种重要的试剂，作为手性药物的研究也正逐步深入中，现在已使用手性硼酸作为药物结构单元合成了硼替佐米，它是第一个批准的治疗多发性骨髓癌和淋巴癌的蛋白酶抑制剂药物,所以手性硼酸或硼酸酯的应用前景非常广大。稀土离子所形成的配合物具有独特的生理化学性质以及在一定条件下较为显著的磁学性质。重要的是，稀土配合物的稳定性随半径的变化而无规律变化，并且影响配合物稳定性的因素除离子半径外，配合物中金属配位数的改变，配体的位阻效应，水合程度以及价键成分对配合物稳定性也产生重要的影响。因此研究者都通过稀土离子与不同配体的相互作用，很大程度上改变、修饰和增强其特性。比如在铕配合物掺杂在导电聚合物 CN-PPP 中，对称和不对称菲的β-二酮铕配合物的能量传递效率仅为0.053%，远低于对称联苯的β-二酮铕配合物的1.1%。
利用羰基化合物和硼烷的加成反应是合成含有不同取代基的硼酸酯最直接、最原子经济的方法。但研究表明在没有催化剂的情况下，一些硼烷（如频哪醇硼烷）就很难发生硼氢化反应，可能是这类硼烷的路易斯酸性太低导致。硼酸酯的合成有几种不同的方法，第一种方法也就是最早使用的方法是用三氯化硼与醇或酚直接反应，这种方法制得的硼酸酯存在原料难获得的弊端。第二种方法是由硼酸和醇或者酚的直接缩合反应，使用此种方法的优点是原料易得，产率高，制备过程简单易操作，成为现在常用的方法。第三种方法是利用硼砂与醇或酚的反应，此法的优点是硼砂比硼酸价格要低而且易制得，但存在产物难以分离的缺点。除此之外还有一些其他的方法来合成硼酸酯，比如硼酸酯和醇或者酚的酯交换反应，氧化硼和醇或者酚的直接反应。但是这些方法或多或少的都存在一些弊端，要么是对设备要求高，难以工业化生产，不符合经济效益，要么是反应后处理比较复杂，难以得到较高的产率，要么原料难以获得，且价格较贵。现有的催化体系中，催化剂用量较大，反应时间偏长，底物普适性较低。稀土催化硼氢化反应目前报道较少，而三茂稀土催化硼氢化反应并没有报道。
技术实现要素：
本发明的发明目的是提供一种利用三茂稀土金属配合物制备硼酸酯的方法，通过三茂稀土金属配合物的应用，催化酮类化合物和频哪醇硼烷制备硼酸酯，该制备方法具有更高的催化活性，同时反应条件温和，产物后处理容易，反应时间短，催化剂用量低，并有很好的底物适用范围，而且可以进行工业化生产。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用三茂稀土金属配合物制备硼酸酯的方法，包括以下步骤，将催化剂、硼烷与酮搅拌混合均匀，反应制备硼酸酯；所述催化剂为三茂稀土金属配合物；所述三茂稀土金属配合物的化学结构式如下：
。
上述技术方案中，所述硼烷为频哪醇硼烷；所述酮为芳香酮或者脂肪环酮；所述芳香酮的化学结构式如以下结构式中的一种：
、、，其中R为苯基、取代苯基或者杂环芳基，比如噻吩基；所述脂肪环酮的化学结构式如以下结构式中的一种：
、，其中，n为3～15。
上述技术方案中，所述三茂稀土金属配合物的用量为酮的摩尔量的0.01～1%；所述硼烷的用量和酮的摩尔比为1～1.2∶1；反应时间为30min～1h；反应温度为室温。
上述技术方案中，所述反应在有机溶剂中进行，优选在四氢呋喃中进行。
上述技术方案中，反应结束后，反应液减压除去溶剂，得到不同取代硼酸酯。
本发明还公开了三茂稀土金属配合物作为催化剂在催化酮和频哪醇硼烷合成反应中的应用；所述三茂稀土金属配合物的化学结构式如下：
上述三茂稀土金属配合物的分子式可表示为：Ln(Cp)3，Ln表示稀土金属，选自镧系元素中的镧、钇、钕、镱、钐中的一种。
上述技术方案中，所述硼烷为频哪醇硼烷；所述酮为芳香酮或者脂肪环酮；所述芳香酮的化学结构式如以下结构式中的一种：
、、，其中R为苯基、取代苯基或者杂环芳基；所述脂肪环酮的化学结构式如以下结构式中的一种：
、，其中，n为3～15。
上述技术方案中，所述三茂稀土金属配合物的用量为酮的摩尔量的0.01～1%；所述硼烷的用量和酮的摩尔比为1～1.2∶1；反应时间为30min～1h。
上述三茂稀土金属配合物可以催化酮与频哪醇硼烷的硼氢化还原反应制备硼酸酯，因此本发明请求保护上述三茂稀土金属配合物作为催化剂在合成硼酸酯中的应用。
上述技术方案中，所述的反应温度为室温。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1.本发明公开的三茂镧配合物催化剂用量仅需酮摩尔量的0.01~1%；反应速度很快，反应温度为室温，反应60分钟就能达到99%以上的收率；使用三茂镧催化剂催化该反应，既降低了催化剂用量，又提高了产率，所需反应时间短，反应条件温和，而且产物易处理，高度符合原子经济合成和绿色化学反应的要求;
2．本发明首次以三茂稀土金属配合物催化酮的硼氢化反应，催化剂的结构简单，容易制备，能高效的催化此类反应;
3.本发明公开的三茂稀土金属配合物对底物的适用范围宽，适用于不同空间位阻、不同电子效应的酮，并且反应过程简单可控，收率高，产物后处理容易，适合工业化生产，为硼酸酯的工业化合成提供了更多选择。
具体实施方式
实施例一:Y(Cp)3催化苯乙酮和频哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入催化剂Y(Cp)3 5.2 mg，加入四氢呋喃3 ml，然后用移液枪取20.6 μL（0.01mol%）加入另一反应瓶中，再用移液枪加入频哪醇硼烷(174 μL, 1.2 mmol),再用移液枪加入苯乙酮(116.7 μL, 1mmol)，在室温反应1h后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为98%。产物的核磁数据: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.40 – 7.22 (m, 5H), 1.51 – 1.47 (d, J=6.5Hz, 3H), 1.24 (s, 6H), 1.21 (s, 6H)。
实施例二:Nd(Cp)3催化苯乙酮和频哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入催化剂Nd(Cp)3 5.3 mg，加入四氢呋喃3 ml，然后用移液枪取23.3 μL（0.01mol%）加入另一反应瓶中，再用移液枪加入频哪醇硼烷(174 μL, 1.2 mmol),再用移液枪加入苯乙酮(116.7 μL, 1mmol)，在室温反应1h后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率大于99%。产物的核磁数据同实施例一。
实施例三:Sm(Cp)3催化苯乙酮和频哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入催化剂Sm(Cp)3 2.1 mg，加入四氢呋喃2 ml，然后用移液枪取39.8 μL（0.01mol%）加入另一反应瓶中，再用移液枪加入频哪醇硼烷(174 μL, 1.2 mmol),再用移液枪加入苯乙酮(116.7 μL, 1mmol)，在室温反应1h后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为99%。产物的核磁数据同实施例一。
实施例四:La(Cp)3催化苯乙酮和频哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入催化剂La(Cp)3 2.8mg，加入四氢呋喃2 ml，然后用移液枪取29 μL（0.01mol%）加入另一反应瓶中，再用移液枪加入频哪醇硼烷(174 μL, 1.2 mmol),再用移液枪加入苯乙酮(116.7 μL, 1mmol)，在室温反应1h后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率大于99%。产物的核磁数据同实施例一。
实施例五:Yb(Cp)3催化苯乙酮和频哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入催化剂Yb(Cp)3 4.3mg，加入四氢呋喃3 ml，然后用移液枪取30.7 μL（0.01mol%）加入另一反应瓶中，再用移液枪加入频哪醇硼烷(174 μL, 1.2 mmol),再用移液枪加入苯乙酮(116.7 μL, 1mmol)，在室温反应1h后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为97%。产物的核磁数据同实施例一。
实施例六: La(Cp)3催化异丁酰苯和频哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入催化剂La(Cp)3 4.8mg，加入四氢呋喃4 ml，然后用移液枪取33.8 μL（0.01mol%）加入另一反应瓶中，再用移液枪加入频哪醇硼烷(174 μL, 1.2 mmol),再用移液枪加入异丁酰苯(150 μL, 1mmol)，在室温反应1h后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为99%。产物的核磁数: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.34 – 7.26 (m, 4H), 7.25 – 7.19 (m, 1H), 4.81 (d, J = 6.2 Hz, 1H), 1.96 (dq, J = 13.4, 6.7 Hz, 1H), 1.21 (s, 6H), 1.17 (s, 6H), 0.90 (d, J = 6.7 Hz, 3H), 0.83 (d, J = 6.8 Hz, 3H)。
实施例七: La(Cp)3催化对甲氧基苯乙酮和频哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入催化剂La(Cp)3 4.8mg，加入四氢呋喃4 ml，然后用移液枪取37.1 μL（0.01mol%）加入另一反应瓶中，再用移液枪加入频哪醇硼烷(190.8 μL, 1.3 mmol),再称取对甲氧基苯乙酮(164.6mg, 1.1mmol)，在室温反应1h后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为99%。产物的核磁数: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.38 – 7.17 (m, 2H), 6.94 – 6.68 (m, 2H), 5.20 (q, J = 6.4 Hz, 1H), 3.79 (s, 3H), 1.47 (d, J = 6.4 Hz, 3H), 1.24 (s, 6H), 1.22 (s, 6H)。
实施例八: La(Cp)3催化对氟苯乙酮和频哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入催化剂La(Cp)3 7mg，加入四氢呋喃5 ml，然后用移液枪取29 μL（0.01mol%）加入另一反应瓶中，再用移液枪加入频哪醇硼烷(174 μL, 1.2 mmol),再用移液枪加入异丁酰苯(120.9 μL, 1mmol)，在室温反应1h后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为99%。产物的核磁数: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.38 – 7.29 (m, 2H), 7.05 – 6.94 (m, 2H), 5.21 (q, J = 6.4 Hz, 1H), 1.47 (d, J = 6.4 Hz, 3H), 1.24 (s, 6H), 1.21 (s, 6H)。
实施例九: La(Cp)3催化对甲基苯乙酮和频哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入催化剂La(Cp)3 7mg，加入四氢呋喃5 ml，然后用移液枪取29 μL（0.01mol%）加入另一反应瓶中，再用移液枪加入频哪醇硼烷(174 μL, 1.2 mmol),再用移液枪加入异丁酰苯(133.5 μL, 1mmol)，在室温反应1h后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率大于99%。产物的核磁数: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.31 – 7.25 (m, 2H), 7.16 (t, J = 7.4 Hz, 2H), 5.24 (q, J = 6.4 Hz, 1H), 2.35 (s, 3H), 1.27 (s, 6H), 1.24 (s, 6H)。
实施例十: La(Cp)3催化1-四氢萘酮和频哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入催化剂La(Cp)3 7mg，加入四氢呋喃5 ml，然后用移液枪取29 μL（0.01mol%）加入另一反应瓶中，再用移液枪加入频哪醇硼烷(174 μL, 1.2 mmol),再用移液枪加入1-四氢萘酮(132.8 μL, 1mmol)，在室温反应1h后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率大于99%。产物的核磁数: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.43 – 7.35 (m, 1H), 7.19 – 7.13 (m, 2H), 7.08 (m, 4.9 Hz, 1H), 2.94 – 2.58 (m, 2H), 2.14 – 1.99 (m, 1H), 2.00 – 1.90 (m, 2H), 1.82 – 1.67 (m, 1H), 1.31 (s, 6H), 1.29 (s, 6H)。
实施例十一: La(Cp)3催化邻甲基乙酮和频哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入催化剂La(Cp)3 3.9mg，加入四氢呋喃3 ml，然后用移液枪取31.3 μL（0.01mol%）加入另一反应瓶中，再用移液枪加入频哪醇硼烷(174 μL, 1.2 mmol),再用移液枪加入邻甲基乙酮(130.8 μL, 1mmol)，在室温反应1h后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为99%。产物的核磁数: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.55 (m,1H), 7.33 – 7.08 (m, 3H), 5.45 (q, J = 6.4 Hz, 1H), 1.48 (d, J = 6.4 Hz, 3H), 1.26 (s, 6H), 1.22 (s, 6H)。
实施例十二: La(Cp)3催化2，4，6-三甲基苯乙酮和频哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入催化剂La(Cp)3 3.9mg，加入四氢呋喃3 ml，然后用移液枪取31.3 μL（0.01mol%）加入另一反应瓶中，再用移液枪加入频哪醇硼烷(174 μL, 1.2 mmol),再用移液枪加入2，4，6-三甲基苯乙酮(166.4 μL, 1mmol)，在室温反应1h后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为99%。产物的核磁数:1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 6.79 (s, 2H), 5.65 (q, J = 6.8 Hz, 1H), 2.41 (s, 6H), 2.24 (s, 3H), 1.52 (d, J = 6.8 Hz, 3H), 1.21 (s, 6H), 1.17 (s, 6H)。
实施例十三: La(Cp)3催化对溴苯乙酮和频哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入催化剂La(Cp)3 3.9mg，加入四氢呋喃3 ml，然后用移液枪取38 μL（0.01mol%）加入另一反应瓶中，再用移液枪加入频哪醇硼烷(211.5 μL, 1.4 mmol),再称取对溴苯乙酮(241.8mg, 1.2mmol)，在室温反应1h后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为98%。产物的核磁数: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.41 (m, 2H), 7.21 (m, 2H), 5.16 (q, J = 6.4 Hz, 1H), 1.42 (d, J = 6.5 Hz, 3H), 1.20 (s, 6H), 1.18 (s, 6H)。
实施例十四: La(Cp)3催化对硝基苯乙酮和频哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入催化剂La(Cp)3 3.9mg，加入四氢呋喃3 ml，然后用移液枪取31.8 μL（0.01mol%）加入另一反应瓶中，再用移液枪加入频哪醇硼烷(177 μL, 1.2 mmol),再称取对硝基苯乙酮(167.9mg, 1mmol)，在室温反应2h后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为98%。产物的核磁数: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.16 – 8.08 (m, 2H), 7.47 (m, 2H), 5.26 (q, J = 6.5 Hz, 1H), 1.44 (d, J = 6.5 Hz, 3H), 1.19 (s, 6H), 1.16 (s, 6H)。
实施例十五: La(Cp)3催化1-(2-噻吩基)乙酮和频哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入催化剂La(Cp)3 18.5mg，加入四氢呋喃1.6 ml，然后用移液枪取353 μL(1mol%)加入另一反应瓶中，再用移液枪加入频哪醇硼烷(174.1 μL, 1.2 mmol),再用移液枪加入1-(2-噻吩基)乙酮(108 μL, 1 mmol)，在室温反应1h后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为99%。产物的核磁数: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.21 – 7.19 (m, 1H), 6.97 – 6.92 (m, 2H), 5.48 (q, J = 6.4 Hz, 1H), 1.60 (d, J = 6.4 Hz, 3H), 1.25 (d, J = 4.9 Hz, 12H)。
实施例十六: La(Cp)3催化环十二酮和频哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入催化剂La(Cp)3 18.5mg，加入四氢呋喃1.6 ml，然后用移液枪取340.8 μL(1mol%)加入另一反应瓶中，再用移液枪加入频哪醇硼烷(168.8 μL, 1.16 mmol),再称取环十二酮(168.8 mg, 0.97mmol)，在室温反应1h后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为100%；催化剂为0.01 mol %收率为99%。产物的核磁数:1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 4.11 (dt, J = 31.5, 15.5 Hz, 1H), 1.66 – 1.53 (m, 2H), 1.32 (m, 22H), 1.17 (s, 12H)。
实施例十七: La(Cp)3催化二苄甲酮和频哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性气体氛围下，向经过脱水脱氧处理后的反应瓶中加入催化剂La(Cp)3 18.5mg，加入四氢呋喃1.6 ml，然后用移液枪取286 μL(1mol%)加入另一反应瓶中，再用移液枪加入频哪醇硼烷(142.2 μL, 0.98 mmol),再称取二苄甲酮(171.7 mg, 0.82mmol)，在室温反应1h后，用滴管吸取一滴于核磁管中，加入CDCl3配成溶液。经计算1H谱产率为100%；催化剂为0.01 mol %收率为99%。产物的核磁数: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.26 – 7.12 (m, 10H), 4.42 (dt, J = 8.7, 4.5 Hz, 1H), 2.78 (m, 4H), 0.90 (s, 12H)。