СПОСОБ СИНТЕЗА ДИАЛКОКСИОРГАНОБОРАНОВ
DIALKOXYORGANOBORANE SYNTHESIS METHOD

Область изобретения
Изобретение относится к способу синтеза диалкоксиорганоборанов, в частности к способу синтеза диалкоксиорганоборанов реакцией переэтерификации. Кроме того, изобретение относится к способам синтеза органо-оксазаборолидиновых катализаторов (органо-CBS) и триалкилбороксинов. Кроме того, изобретение относится к способам применения диалкоксиорганоборанов для получения катализаторов органо-CBS и в реакциях сочетания типа Сузуки.
Предшествующий уровень техники изобретения
Диалкоксиорганобораны представляют собой универсальные реагенты для органического синтеза и применяются, например, в таких разнообразных областях, как в синтезе антибиотиков, инсектицидов и органоборогидридов. Диалкоксиметилбораны могут потенциально быть использованы для синтеза метилзамещенных хиральных оксазаборолидинов (известных как MeCBS, названные в честь Кори (Согеу), Бакши (Bakshi) и Шибата (Shibata), см. Corey, E.J. et al., Angew. Chem. Int. Ed., 37, 1986-2012 (1998)), которые представляют собой мощные энантиоселективные катализаторы для восстановления кетонов. Другое потенциальное применение диалкоксиорганоборанов представляет собой реакции сочетания типа Сузуки, чтобы вводить органическую группу в молекулу при формировании новой С-С связи (Miyaura, N.; Suzuki, A., Chem. Rev. 95, 2457-2483 (1995)).
Патент США 5463131 описывает получение диалкоксиалкилборанов путем реакции избытка триалкилборатов с дибораном в присутствии олефина, например:
(R означает алкил)
Конечно, диалкоксиметилбораны не могут быть получены этим методом.
Другой способ производства диалкоксиалкилборанов содержит этерификацию алкилбороновых кислот (Brown, H.C. et al., Organometallics 2 (10), 1311-1316 (1983), Brown H.C. et al., Organometallics 2 (10), 1316-1319 (1983)) или триалкилбороксинов (Dahlhoff, W.V. et al., Liebigs Ann. Chem. 8, 807-810 (1990)) соответствующим спиртом
(R, R' означают алкил)
В этих реакциях генерируется вода, которая очень часто мешает дальнейшему применению продукта, даже если остаются только следы воды.
Вода особенно вредна для функции катализаторов алкил-CBS, которые могут быть получены из диалкоксиалкилборанов. По этой причине Кори предложил использование бис(трифторэтокси)алкилборанов для синтеза производных этил- и н-бутил-CBS, чтобы избежать образования воды в качестве побочного продукта (Corey, E.J. et al., Tetrahedron Lett. 33 (29), 4141-4144 (1992)). Также было описано использование бис(диалкиламино)алкилборанов для синтеза катализаторов алкил-CBS (Chavant, P.Y.et al., J. Organomet. Chem. 455, 37-46 (1993), но они являются довольно дорогими реагентами.
Одним из объектов настоящего изобретения является обеспечение простого и эффективного способа получения диалкоксиорганоборанов. Следует избегать в ходе процесса получения образования воды или других побочных продуктов, которые могли бы создавать трудности в обработке или удалении. Другим объектом настоящего изобретения является создание способа производства органо-оксазаборолидиновых катализаторов (органо-CBS), использующего диалкоксиорганобораны. Кроме того, следует разработать новый и эффективный способ получения триалкоксибороксинов.
Краткое содержание изобретения
1
2
1
2
1
2
2
3
3
Соответственно настоящее изобретение обеспечивает новый способ получения диалкоксиорганоборанов формулы R-B(OR), содержащий стадию реакции триорганобороксина формулы (R-ВО) с триалкилборатом формулы B(OR) (где R и R определены в дальнейшем). Кроме того, раскрыты улучшенные способы производства органо-CBS катализаторов, использующих диалкоксиорганобораны в качестве исходного материала и триалкоксибороксины. Кроме того, созданы новые способы применения диалкоксиорганоборанов для получения органо-CBS катализаторов и в реакциях сочетания типа Сузуки.
Подробное описание изобретения
1
2
1
2
2
3
3
Согласно изобретению способ синтеза диалкоксиорганоборанов (3) формулы R-B(OR) включает реакцию переэтерификации между триорганобороксином (1) формулы (R-ВО) и триалкилборатом (2) формулы B(OR),
1
1
20
3
10
6
14
7
24
7
24
2
20
5
15
2
20
2
3
1
20
где R представляет собой C-C алкил, С-С циклоалкил, С-С арил, C-C аралкил, С-С алкарил, С-С алкенил, C-C циклоалкенил, С-С алкинил, CHSiMe, замещенный C-C алкилом, и
2
1
20
R представляет собой C-C алкил,
2
2
или две группы R в соединениях 2 или 3 вместе с фрагментом -BO образуют циклическую структуру формулы
3
2
2
3
2
2
2
2
3
3
2
3
2
3
2
3
2
2
3
2
2
2
6
6
4
6
3
с двухвалентной группой R, выбранной из группы, состоящей из -СНСН-, -СН(СН)СН-, -СНСНСН-, -СН(СН)СН(СН)-, -СН(СНСН)СН-, С(СН)С(СН)-, -СНС(СН)СН-, -(СН)-, орто-СН или орто-СНалкила.
3
Причем R представляет собой двухвалентную группу, как определено выше, и триалкилбораты (2) могут иметь следующую двухъядерную структуру:
,
готовые диалкоксибораны (3) могут иметь следующую циклическую структуру:
1
2
1
2
2
Предпочтительные производные, полученные способом по настоящему изобретению, представляют собой диалкоксиорганобораны (3) формулы R-B(OR), где R представляет собой метил, этил, н-пропил, изопропил или н-бутил, и R представляет собой изопропил или н-бутил.
Реакцию, предпочтительно, проводят при исключении воздуха и влаги. Диалкоксиорганоборан (3) предпочтительно выделяют из реакционной смеси дистилляцией. Реакцию предпочтительно проводят в присутствии по меньшей мере одного некоординирующего растворителя. Может быть использован любой некоординирующий растворитель или их смесь, предпочтительно, с точкой кипения, отличной (выше или ниже) от точки кипения у получаемого диалкоксиорганоборана (3), чтобы способствовать его легкому отделению от продукта. Например, может быть использована смесь из двух растворителей, имеющих точки кипения ниже чем у соединения (3). Также возможно, например, использование смеси из двух растворителей, имеющих точки кипения выше, чем у соединения (3), в то время как также может быть предпочтительным использовать смесь растворителей, имеющих точки кипения ниже и выше, чем у получаемого диалкоксиборана (3). В большинстве случаев будет использован только один растворитель. Примеры представляют собой тетрагидрофуран (ТГФ), диэтиловый эфир, трет-бутилметиловый эфир, гексан, пентан, толуол или бензол, предпочтительно ТГФ или толуол.
Интервал температур для синтеза лежит от -20 до +120°С, предпочтительно, от 0 до 60°С, более предпочтительно, около комнатных температур, таких как от 20 до 30°С. Синтез обычно проводят при давлении от 0,1 до 5 бар, предпочтительно, при нормальном давлении. Выделение продуктов дистилляцией может быть проведено при давлении от 0,01 до 1 бара, предпочтительно, при нормальном давлении.
Мольное отношение триорганобороксина 1 к алкилборату 2 может варьироваться в широком интервале. Однако предпочтительно, чтобы мольное отношение находилось в интервале от приблизительно 1:2 до 1:4, предпочтительно в интервале приблизительно 1:3.
1
2
3
3
3
Кроме того, когда R представляет собой метил, триметилбороксин (1а) может быть получен в предварительной стадии in situ, за которой следует реакция (1а) с триалкилборатом (2) формулы В(OR), предпочтительно в том же самом реакторе. В этом случае газообразный диборан реагирует с монооксидом углерода, давая требуемый (1а) формулы (НС-ВО) в растворе ТГФ (Схема 1, Brown, H.C. Organometallics 4, 816 (1984), Rathke, M.W.; Brown H.C. J.Am.Chem.Soc. 88, 2606 (1966)).
3
2
2
Другой вариант выполнения изобретения представляет собой, следовательно, способ получения диалкоксиметилборана (3а) формулы HC-B(OR), предусматривающий стадии
3
3
а) реакции диборана с монооксидом углерода в растворителе с образованием триме-тилбороксина (1а) формулы (НС-ВО),
2
3
б) реакции триметилбороксина (1а) с триалкилборатом (2) формулы В(OR), и
2
1
20
в) выделения диалкоксиметилборана из реакционной смеси дистилляцией, где R представляет собой C-C алкил,
2
2
или две группы R в соединении (2) вместе с фрагментом -BO- образуют циклическую структуру формулы
3
2
2
3
2
2
2
2
3
3
2
3
2
3
2
3
2
2
3
2
2
2
6
6
4
6
3
с двухвалентной группой R, выбранной из группы, состоящей из -CHCH-, -СН(СН)СН-, -CHCHCH-, -СН(СН)СН(СН)-, -СН(СНСН)СН-, С(СН)С(СН)-, -СНС(СН)СН-, -(СН)-, орто-СН или орто-СНалкила.
2
1
2
1
3
3
3
1
20
3
10
6
14
7
24
7
24
2
20
5
15
2
20
2
3
1
20
По другому варианту выполнения изобретения синтез триалкоксибороксинов (4) формулы (RO-BO) включает реакцию переэтерификации между триорганобороксином (1) формулы (R-BO) и триалкилборатом (2) формулы B(OR), где R представляет собой C-C алкил, С-С циклоалкил, C-C арил, C-C аралкил, С-С алкарил, С-С алкенил, C-C циклоалкенил, С-С алкинил, CHSiMe, замещенный C-C алкил
и
2
1
20
R представляет собой C-C алкил.
Согласно изобретению диалкоксиорганобораны (3) могут применяться для синтеза органо-оксазаборолидиновых катализаторов (органо-CBS). Другим объектом настоящего изобретения, следовательно, является способ получения органо-оксазаборолидинов структурной формулы (6)
,
предусматривающий стадии:
а) реакции 1,2-аминоспирта формулы (5)
4
8
1
20
6
14
7
24
7
24
1
20
где группы с R по R представляют собой водород, С-С алкил, C-C арил, С-С аралкил, С-С алкарил, замещенный C-C алкил
4
5
6
2
2
3
2
2
2
2
3
3
2
3
2
3
2
3
2
2
3
2
2
или две группы R и R вместе представляют собой двухвалентную группу, выбранную из группы, состоящей из -CHCH-, -СН(СН)СН-, -СНСНСН-, -CH(СН)СН(СН)-, -СН(СНСН)СН-, С(СН)С(СН)-, -СНС(СН)СН-, образуя с фрагментом -NH-CR- циклическую структуру,
1
2
1
2
1
20
3
10
6
14
7
24
7
24
2
20
5
15
2
20
2
3
1
20
с диалкоксиорганобораном 3 формулы R-B(OR), где R представляет собой C-C алкил, С-С циклоалкил, C-C арил, C-C аралкил, C-C алкарил, С-С алкенил, C-C циклоалкенил, С-С алкинил, CHSiMe, замещенный C-C алкил и
2
1
20
R представляет собой алкил C-C,
2
2
или две группы R в соединении (3) вместе с фрагментом -BO- образуют циклическую структуру формулы
3
2
2
3
2
2
2
2
3
3
2
3
2
3
2
3
2
2
3
2
2
2
6
6
4
6
3
с двухвалентной группой R, выбранной из группы, состоящей из -СНСН-, -СН(СН)СН-, -СНСНСН-, -СН(СН)СН(СН)-, -СН(СНСН)СН-, С(СН)С(СН)-, -СНС(СН)СН-, -(СН)-, орто-СН или орто-СНалкил и
б) нагревания реакционной смеси до завершения реакции замыкания цикла и отгонки образовавшегося спирта.
5
6
7
8
Предпочтительно, в этом способе используют хиральный 1,2-аминоспирт (5). Хиральные 1,2-аминоспирты характеризуются присутствием, по меньшей мере, одного асимметричного атома углерода. Предпочтительно, используют 1,2-аминоспирт (5) с различными группами R и R и/или различными группами R и R.
Схема 2 показывает пример использования диизопропоксиметилборана (36), чтобы получить (S)-MeCBS (6a) из (S)-дифенилпролинола (5а) (см. патент США 4943635). Вместо воды получают изопропанол в качестве побочного продукта, который может быть легко удален из катализатора.
Реакционную смесь нагревают на стадии б) способа, описанного выше, до температуры, достаточной для завершения реакции замыкания цикла за короткое время, предпочтительно, менее 3 часов. Этого обычно достигают нагреванием реакционной смеси до температуры перегонки используемого растворителя или смеси растворителей при нормальном давлении. Регулярные интервалы температур для этой стадии лежат между температурами около комнатной и около+120°С.
Этот процесс обычно проводят при давлении от 0,1 бара до 5 бар, предпочтительно при нормальном давлении. Отделение дистилляцией образованного спирта может обычно быть проведено при давлении от 0,1 до 1 бара, предпочтительно при нормальном давлении.
Другое потенциальное использование диалкоксиорганоборанов состоит в реакции сочетания С-С-связи типа Сузуки для переноса органической группы в молекулу.
При использовании в настоящем изобретении термин "алкил" означает разветвленную, или неразветвленную, или циклическую насыщенную углеводородную группу, содержащую между 1 и 20 атомами углерода; примерами являются метил, этил, пропил, изо-пропил, бутил, изобутил, втор-бутил, трет-бутил, амил, изоамил, втор-амил, 1,2-диметилпропил, 1,1-диметилпропил, гексил, 4-метилпентил, 1-метилпентил, 2-метилпентил, 3-метилпентил, 1,1-диметилбутил, 2,2-диметилбутил, 3,3-диметилбутил, 1,2-диметилбутил, 1,3-диметилбутил, 1,2,2-триметилпропил, 1,1,2-триметилпропил, гептил, 5-метилгексил, 1-метилгексил, 2,2-диметилпентил, 3,3-диметилпентил, 4,4-диметилпентил, 1,2-диметилпентил, 1,3-диметилпентил, 1,4-диметилпентил, 1,2,3-триметилбутил, 1,1,2-триметилбутил, 1,1,3-триметилбутил, октил, 6-метилгептил, 1-метилгептил, 1,1,3,3-тетраметилбутил, нонил, 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- или 7-метилоктил, 1-, 2-, 3-, 4- или 5-этилгептил, 1-, 2- или 3-пропилгексил, децил, 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- и 8-метилнонил, 1-, 2-, 3-, 4-, 5- или 6-этилоктил, 1-, 2-, 3- или 4-пропилгептил, ундецил, 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- или 9-метилдецил, 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- или 7-этилнонил, 1-, 2-, 3-, 4- или 5-пропилоктил, 1-, 2- или 3-бутилгептил, 1-пентилгексил, додецил, 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8-, 9- или 10-метилундецил, 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- или 8-этилдецил, 1-, 2-, 3-, 4-, 5-или 6-пропилнонил, 1-, 2-, 3- или 4-бутилоктил, 1-2-пентилгептил и изопинокамфеил. Предпочтительными являются алкильные группы метил, этил, пропил, изопропил, бутил, изобутил, втор-бутил, трет-бутил, амил, изоамил, втор-амил, 1,2-диметилпропил, 1,1-диметилпропил.
Термин «циклоалкил» означает насыщенную углеводородную группу, содержащую между 3 и 10 атомами углерода, включая моно- или полициклический структурный фрагмент. Примеры представляют собой циклопропил, циклобутил, циклопентил, циклогексил, циклогептил, циклооктил, циклононил или циклодецил. Предпочтительными являются циклоалкильные группы циклопропил, циклопентил и циклогексил.
Термин "замещенный алкил" означает алкильную группу, где, по меньшей мере, один атом водорода замещен атомом галогена, например, фтора, хлора, брома или йода, или алкоксильной группой.
Термин "алкокси" означает группу, полученную из алифатического моноспирта с числом атомов углерода между 1 и 20.
Термин "алкенил" означает линейную или разветвленную ненасыщенную углеводородную группу, содержащую между 2 и 20 атомами углерода, включающую, по меньшей мере, одну двойную связь углерод - углерод. Примеры представляют собой винил, аллил, 1-метилвинил, бутенил, изобутенил, 3-метил-2-бутенил, 1-пентенил, 1-гексенил, 3-гексенил, 1-гептенил, 3-гептенил, 1-октенил, 1-ноненил, 2-ноненил, 3-ноненил, 1-деценил, 3-деценил, 1,3-бутадиенил, 1,4-пентадиенил, 1,3-гексадиенил, 1,4-гексадиенил. Предпочтительными являются алкенильные группы винил, аллил, бутенил, изобутенил и 1,3-бутадиенил.
Термин "циклоалкенил" обозначает ненасыщенную углеводородную группу, содержащую между 5 и 15 атомами углерода, включающую, по меньшей мере, одну двойную связь углерод - углерод и моно- или полициклическую структурную группу. Примерами являются циклопентенил, 1-метилциклопентенил, циклогексенил, циклооктенил, 1,3-циклопентадиенил, 1,3-циклогексадиенил, 1,4-циклогексадиенил, 1,3-циклогептадиенил, 1,3,5-циклогептатриенил и 1,3,5,7-циклооктатетраенил.
Термин "алкинил" обозначает с прямой цепью или разветвленную ненасыщенную углеводородную группу, содержащую между 2 и 20 атомами углерода, включающую, по меньшей мере, одну тройную связь углерод - углерод. Примеры алкинильных групп включают этинил, 2-пропинил и 2- или 3-бутинил.
6
4
Термин "арил" обозначает ненасыщенную углеводородную группу, содержащую между 6 и 14 атомами углерода, включающую, по меньшей мере, одну ароматическую циклическую систему, подобную фенилу или нафтилу, или любую другую ароматическую циклическую систему. Орто-СН обозначает двухвалентную арильную группу, встречающуюся в производных типа катехина.
Термин "аралкил" обозначает замещенную арилом алкильную группу, содержащую между 7 и 24 атомами углерода, включая, например, фенил-, нафтил- или алкил-замещенную фенильную или алкил-замещенную нафтильную группу или любую другую ароматическую циклическую систему. Примеры аралкильных групп включают бензил, 1- или 2-фенилэтил, 1-, 2- или 3-фенилпропил, мезитил и 2-, 3- или 4-метилбензильную группы.
6
3
Термин "алкарил" обозначает замещенную алкилом арильную группу, содержащую между 7 и 24 атомами углерода, включая, например, фенил-, или нафтил-, или алкил-замещенную фенильную, или алкил-замещенную нафтильную группу, или любую другую ароматическую циклическую систему и алкильный заместитель, который определен выше. Примеры алкарильных групп представляют собой 2-, 3- или 4-метилфенил, 2-, 3- или 4-этилфенил и 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- или 8-метил-1-нафтильные группы. Орто-СНалкил обозначает алкил-замещенную двухвалентную арильную группу, встречающуюся в производных типа катехина.
Примеры
Следующие примеры поясняют настоящее изобретение без его ограничения.
Пример 1: Синтез диизопропоксиметилборана
Триизопропилборат (110 г, 0,585 моля) добавляли к триметилбороксину (55 мл 50 масс.% раствора триметилбороксина в ТГФ, 0,20 моля) под азотом и перемешивали в течение 5 минут. Полученный прозрачный раствор нагревали, чтобы отогнать желательный диизопропоксиметилборан через колонку Вигре. Первая фракция (22 г, отгонялась между 66-71°С) содержала, главным образом, ТГФ и малое количество изопропанола. Вторая фракция (53 г, отгонялась между 74-100°С) содержала 81 масс.% диизопропоксиметилборана и 19 масс.% ТГФ. Третья фракция (24 г, отгонялась между 100-112°С) содержала 87 масс.% диизопропоксиметилборана и 13 масс.% триизопропоксибороксина. Общий выход диизопропоксиметилборана был 75,8% относительно используемого бората.
Пример 2: Синтез диизопропоксиметилборана с предшествующим образованием триметилбороксина.
Триметилбороксин получали в реакторе под давлением добавлением диборана (86 г, 3 моля) и окиси углерода (избыток) в ТГФ (150 мл), содержащем в качестве катализатора боргидрид лития (0,25 г). Температуру реакции поддерживали ниже 50°С в ходе добавления газа. Часть диборана удаляли из реактора путем удаления избыточного СО, в результате конечное количество полученного раствора составляло 197 г. Итоговая концентрация триметилбороксина в ТГФ была 39,3 масс.% по анализу бора. Этот раствор, содержащий 77 г триметилбороксина, объединяли с триизопропилборатом (348,8 г, 1,85 моля). Смесь отгоняли по фракциям. Первая фракция (100 мл, 70-88°С) содержала ТГФ, диизопропоксиметилборан и пирофорный триметилборан в качестве примеси, и ее выбрасывали. Фракция 2 (90 мл, отгонялась между 88-98°С) и фракция 3 (150 мл, отгонялась между 98-120°С) обе содержали в основном диизопропоксиметилборан (примеси <5%), давая расчетный выход около 70%.
Пример 3: Синтез метилди-н-бутоксиборана
Триметилбороксин (50 мл 50 масс.% раствора в ТГФ, 170 ммолей) помещали в круглодонную колбу с дистилляционной головной частью и приемником под азотом. Добавляли три-н-бутилборат (92 мл, 340 ммолей) и смесь перемешивали 30 мин. Метилди-н-бутоксиборан и ТГФ отгоняли от три-н-бутоксибороксина. Метилди-н-бутоксиборан и ТГФ отделяли дальнейшей перегонкой, чтобы получить 44 г метилди-н-бутоксиборана, выход 50%.
Пример 4: Синтез (S)-MeCBS из метилди-н-бутоксиборана
11
11
1
3
(S)-дифенилпролинол (ДФП) (0,58 г, 2,3 ммоля) вместе с 15 мл толуола добавляли в трехгорлую круглодонную колбу емкостью 50 мл, снабженную дистилляционной головной частью и холодильником, и продували азотом. Поддерживая инертную атмосферу добавляли метилди-н-бутоксиборан (0,60 г, 2,3 ммоля) через шприц в колбу. Содержимое реакции нагревали до 110°С при перемешивании в течение 1 часа. Когда спектр ЯМР в реакционной смеси показывал образование промежуточных структур (δ=9,7 млн. долей), добавляли дополнительный метилди-н-бутоксиборан (0,06 г, 0,23 ммоля) с последующим нагреванием в течение 4 часов. Весь толуол и 1-бутанол отгоняли из прозрачной реакционной смеси (точка кипения азеотропа 106°С). К остатку добавляли толуол. Спектр ЯМР раствора в толуоле показывал полное образование (S)-MeCBS (δ=35 млн. долей, широкий синглет). Спектр Н ЯМР (CDCl) продукта также не показывал остатков (S)-ДФП или непрореагировавшего метилди-н-бутоксиборана.