二茂铁硼酸的应用

背景及概述^[1][2]

二茂铁结构的公开是化学领域的一次重要突破，促进了近代金属有机化学的诞生和发展。二茂铁迅速吸引了科学家们对其迷人化学性质的思考。研究人员开始开发使用二茂铁衍生物的合成方法，并发现它们在科学领域中广泛的用途。事实上，在二茂铁发现60多年后，二茂铁化学仍然是一个非常活跃的研究领域。这种对二茂铁长期持续性关注的原因是多方面的。首先，二茂铁具有完美的三明治式结构，这一点打破了人们关于金属－碳键性质的传统认知。另一方面，二茂铁及其衍生物对水分、氧和许多化学品显示出不寻常的稳定性，以及具有其它独特的电化学性质。目前，在分子中引入二茂铁基的常用试剂包括二茂铁、二茂铁甲醛等，以上试剂多用于碳－碳键的形成。二茂铁硼酸作为一种商品化的试剂，不仅可以用于碳－碳键的构建，还可以用于硼－硅键、碳－硫键等包含杂原子的化学键的构建。同时，相比其他二茂铁试剂二茂铁硼酸在过渡金属催化的偶联反应中，在反应步骤和原子经济性上具有明显的优势。因此，二茂铁硼酸广泛应用于二茂铁衍生物的合成中。

制备^[2]

一种合成二茂铁硼酸的方法，具体步骤如下：

a)二茂铁锂盐的合成：以二茂铁为原料，在无水醚类溶剂中与正丁基锂在0‑40度反应得到二茂铁的锂盐；

b)二茂铁硼酸的合成：在‑78～‑50度将B(OR)₃加入到a)的二茂铁的锂盐溶液中，其中R为烷基，加入完毕后自然升温到室温，搅拌2‑15小时，然后加入碱性水溶液淬灭未反应完的正丁基锂，分液，有机相用碱性水溶液洗一次，水相用酸调PH=6‑7，析出二茂铁硼酸粗品，抽滤用水洗两次得到1‑二茂铁一硼酸和1，1’‑二茂铁二硼酸的混合物；

应用^[1][2]

1.二茂铁硼酸与碘代芳烃的偶联反应

有研究报道二茂铁硼酸与碘代芳烃制备手性不对称取代联萘的偶联反应，该试验以四三苯基膦钯为催化剂，碳酸钠作为碱，反应溶剂为二氧六环／水混合溶剂体系，反应温度为109～120℃，反应4天，得到偶联产物3产率为27％。该课题组还在相似的反应条件下，磷酸钾作为碱，反应温度为70℃，使二茂铁硼酸1和二碘代芳烃4进行偶联反应，得到偶联产物5，产率为38％。虽然，该方法产率一般，但是利用二茂铁硼酸的偶联反应是合成手型不对称联萘化合物的最短最经济的合成路线。

2. 二茂铁硼酸与溴代芳烃的偶联反应

利用二茂铁硼酸6与溴代蒽醌9反应制备了二茂铁基蒽醌10，产率为91％。反应条件为：催化剂为Ｐｄ（ＰＰh3）4，碱为碳酸钾，溶剂为ＤＭＦ，回流20min后避光室温搅拌2天。该报道首次利用二茂铁基蒽醌直接聚合生成蒽的多硫化物聚合物。2015年报道了二茂铁硼酸6与二溴代芳烃11的偶联反应，反应以氢氧化钠为碱，溶剂为二氧六环，回流16h获得了良好的产率。该反应产物12可以通过硫醚调控两个二茂铁间的空间作用。

1) 二茂铁硼酸与碘代杂环芳烃的偶联反应

利用二茂铁硼酸6与碘代吡啶21发生的偶联反应制备了芳基取代吡啶22，反应碳酸氢钾作为碱，反应温度为110℃，产率为88％。实验证明，利用二茂铁硼酸参与的偶联反应制备芳基取代吡啶具有很好的反应收率和官能团相容性，是一种简便高效的合成方法。

2) 二茂铁硼酸与溴代杂环芳烃的偶联反应

利用1，1’－二茂铁二硼酸6ａ和3－溴吡啶23反应制备了二吡啶取代的二茂铁24。反应条件为：碳酸钠和氢氧化钠为碱，反应溶剂为二氧六环／水，反应回流24h，收率为68％。研究表明，由于π－π堆叠作用，反应产物中的吡啶取代基处于π－堆叠的旋转异构体优势构象；当产物24被季铵化后，由于静电斥力作用吡啶鎓基团处于从π－堆叠完全旋转远离的优势构象。这类化合物在开发和构建静电驱动的二茂铁平台分子马达领域具有广阔的应用前景。

3. 二茂铁硼酸参与的其他反应

1)二茂铁硼酸与芳香醛的反应

二茂铁硼酸与芳香醛的亲核加成反应：一锅法二茂铁硼酸6与苯甲醛的不对称亲核加成反应。反应首先利用二茂铁硼酸与二乙基锌进行金属转移反应，生成二茂铁基锌试剂。随后在手性联萘衍生的氨基醇31诱导下二茂铁锌试剂与苯甲醛发生不对称亲核加成反应，生成手性二芳基醇32，反应收率为91％，ee为61（S），反应过程见图。

通常，为了获得更高的对映选择性，二芳基锌试剂的制备需要利用锂试剂格式试剂进行金属转移反应来实现，这是十分困难的。由于锂和镁中间体具有很高的反应活性，许多官能化的二芳基锌试剂还无法制备。而利用芳基硼酸与二乙基锌成功实现了二芳基锌试剂的制备；通过改变亲核试剂和醛的结构，可以一步制备不对称二芳基甲醇，该反应方法在生物医药领域具有重要的应用价值。

二茂铁硼酸与芳香醛的偶联反应：二茂铁硼酸6与芳香醛反应制备二茂铁醇酯的反应。反应是以Ｎ－杂环卡宾33为催化剂，碳酸铯为碱，甲苯为溶剂，在空气中反应3～6h，反应温度为50℃或70℃，产物具有中等的反应收率，反应式见图5。通常二茂铁醇酯是通过碘代二茂铁和羧酸在铜（II）催化下反应制备的。利用报道的方法制备了一系列其他反应无法合成的二茂铁醇酯类化合物。首先卡宾与芳香醛的羰基发生插入反应生成中间体II，随后中间体II与氧气和硼酸反应生成中间体II，中间体II中的芳基快速地向过氧键转移并形成硼酸盐阴离子（Ⅲ）。最后，中间体Ⅲ分解为目标产物和硼酸，卡宾回到催化循环中。

2）二茂铁硼酸与烷基硅醇的反应

利用二茂铁硼酸6与叔丁基硅烷三醇34发生脱水反应生成笼状硼硅氧烷化合物35。反应式见图。

该反应条件为甲苯回流15h，反应收率为82％。该类三维化合物可用于分子支架的可控制备。

3）二茂铁硼酸与芳基硫代磺酸钠的反应

2015年报道了二茂铁硼酸6与对氯苯基硫代硫酸钠36之间的铜（II）催化直接氧化交叉偶联反应。反应式见图：

反应条件为：以氯化亚铜为催化剂，氧化剂为DTBP，其他添加剂为Ａ碳酸银、磷酸钾和邻菲罗啉，反应溶剂为DMF，在80℃下反应7h，产物37收率为62％。研究表明，二氧化碳能够有效抑制副产物二硫化物的生成。该反应为开发新的含硫二茂铁配体提供了有效途径。

4）二茂铁硼酸与三氟乙酸盐的反应

有研究报道了二茂铁硼酸6与三氟乙酸金络合物38制备金属环硼氧烷的反应。反应以KtOBu为碱，甲苯为溶剂，在室温下反应3h，产物39收率为72％。金属环硼烷衍生物通常由重金属催化的偶联反应或高温加热反应制备，本研究提供了一种简便、温和、高效的金（Ⅲ）环硼烷衍生物的制备方法。

主要参考资料

[1] 二茂铁硼酸在合成反应中的研究进展

[2] CN201210104766.5一种合成二茂铁硼酸酯的新方法