FeCl3催化選擇性實現(xiàn)芳基硼酸羥基化制備酚

陳太杰，陳正祥，熊志，徐衡

(安慶師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院功能配合物安徽省重點實驗室，安徽安慶246011)

FeCl3催化選擇性實現(xiàn)芳基硼酸羥基化制備酚

陳太杰，陳正祥，熊志，徐衡

(安慶師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院功能配合物安徽省重點實驗室，安徽安慶246011)

在FeCl3催化及TMEDA，LiOH參與下，利用TEMPO作為氧化劑建立一種由芳基硼酸轉(zhuǎn)化為酚的新方法。通過對金屬催化劑的種類、反應(yīng)溶劑和溫度等因素的考察,最終確定反應(yīng)的最優(yōu)條件為5%mol FeCl3作催化劑、DMF為溶劑、敞口條件下室溫反應(yīng)20min。該反應(yīng)具有一定的底物普適性，反應(yīng)體系適宜于苯基硼酸和雜環(huán)硼酸。

FeCl3催化；芳基硼酸；羥基化；酚

酚類化合物因其在醫(yī)藥和有機合成化學(xué)中的廣泛應(yīng)用而成為一類非常重要的有機化合物，受到了藥物化學(xué)家和有機化學(xué)家的廣泛關(guān)注[1-7]。一些酚類化合物本身就表現(xiàn)出重要的生物活性，酚還可以作為重要合成單元，用于合成生物活性分子、天然產(chǎn)物等復(fù)雜結(jié)構(gòu)[8]。在工業(yè)上，酚是通過cumene-phenol process(Hock process異丙苯空氣氧化法)方法進行生產(chǎn)，但該方法收率較低，通?？偸章手挥?%[9]。傳統(tǒng)的非氧化酚合成方法主要包括銅鹽存在下芳基重氮鹽轉(zhuǎn)化和親核性芳香取代活潑芳香鹵化物。雖然上述反應(yīng)，特別是近些年來發(fā)展起來的金屬催化反應(yīng)，有其各自的優(yōu)點，但鑒于酚類化合物有如此多的用途，發(fā)展一種新的高效合成酚類化合物的方法仍然具有非常重要的意義。在此，提出一種新的高效合成酚類化合物的方法：在FeCl3催化及N,N,N’,N’-四甲基乙二胺（TMEDA），LiOH參與下，利用2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物（TEMPO）作為氧化劑建立了一種由芳基硼酸轉(zhuǎn)化為酚的新方法。通過對金屬催化劑的種類、反應(yīng)溶劑和溫度等因素的考察,最終確定了反應(yīng)的最優(yōu)條件為5%mol FeCl3作催化劑、DMF為溶劑、敞口條件下室溫反應(yīng)20min。同時，該反應(yīng)具有一定的底物普適性，苯基硼酸和雜環(huán)硼酸都適宜于該反應(yīng)體系。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

1H NMR和13C NMR譜用Bruker AM-400 (400MHz)型核磁共振儀測定，內(nèi)標為TMS，δ (ppm)；質(zhì)譜用Finnigan MAT-95mass spectrometer測定；所用合成試劑均為分析純，溶劑都經(jīng)過標準除水干燥處理。

1.2 實驗方法

1-萘硼酸[10]按文獻方法合成。芳基酚的合成具體如下。

向25mL反應(yīng)管中加入芳基硼酸（1.0mmol）、FeCl3（9mg,0.05mmol）、TEMPO（313mg,2.0 mmol）、堿（1.1mmol）、DMF（5mL）,在室溫條件下攪拌反應(yīng)20min，反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液加入50 m L水中搖勻后，用乙酸乙酯萃?。?0 m L×3），有機層用飽和食鹽水（10mL×2）洗滌，有機相用無水Na2SO4干燥1 h，過濾旋干得粗產(chǎn)物，柱層析純化(硅膠200~300目,V石油醚∶V乙酸乙酯＝50∶1)得目標產(chǎn)物。

苯酚(2a)：收率83%，淺黃色油狀物，1H NMR (400MHz,CDCl3)δ7.21(t,J=5.5 Hz,2H),6.93(t, J=4.9 Hz,1H),6.83(d,J=5.1 Hz,2H),6.03(s,br, 1H)。13CNMR(100MHz,CDCl3)δ155.3,129.9, 121.1,115.6。ESI-MS[M-H]m/z93.1。

4-甲氧基苯酚(2b)：收率61%，白色固體，1H NMR(400MHz,CDCl3)δ6.83-6.78(m,4H), 4.50(s,br,1H),3.80(s,3H)。13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ153.8,149.5,55.6。LC-MS(ESI)m/z= 123.4[M-1]+。

3-甲氧基苯酚(2c)：收率59%，淺黃色油狀物，1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.16(d,J=8.0Hz, 1H),6.52(d,J=7.6Hz,1H),6.45(d,J=8.0Hz,1H), 3.80(s,3H)。13CNMR(100MHz,CDCl3)δ161.0, 156.8,130.2,107.8,106.4,101.6,55.3。LC-MS (ESI)m/z=123.7[M-1]+。

4-硝基苯酚(2e)：收率75%，淡黃色固體，1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.23-8.13(m,2H), 6.97-6.88(m,2H),5.85(s,1H)。13C NMR(100 MHz,CDCl3)δ161.31,126.30,115.71。LC-MS (ESI)m/z=138.0[M-1]+。

4-羥基苯甲酸甲酯(2i)：收率68%，白色固體，1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.99(d,J=8.0Hz, 1H),6.90(d,J=8.0 Hz,1H),6.05(s,br,1H),3.92(s, 3H)。13CNMR(100MHz,CDCl3)δ167.3,160.1, 132.0,122.5,115.3,52.1。LC-MS(ESI)m/z= 151.4[M-1]+。

4-（2-甲氧基乙氧基）苯酚(2j)：收率75%，白色固體，1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.44-8.43(d, 1H),8.22-8.16(m,2H),7.58-7.51(q,1H), 7.16-7.14(q,4H),6.99-6.97(q,4H),5.86-5.82(d, 1H),5.50-5.47(d,1H),4.18-4.15(m,4H), 4.00-3.87(m,4H),3.57-3.73(m,4H-),3.60-3.59 (m，4H),3.40(s,6H)。LC-MS(ESI)m/z=168.0 [M-1]+。

2-氰基-5-羥基吡啶(2k)：收率61%，白色固體，1H NMR(400 MHz,DMSO-d6)δ11.20(s, 1H),8.25(d,J=2.1 Hz,1H),7.85(d,J=9.3Hz,1H), 7.24(m,1H)。LC-MS(ESI)m/z=121.08[M+1]+。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)條件優(yōu)化

首先，以苯硼酸1a（所有芳基硼酸1結(jié)構(gòu)與產(chǎn)物2對應(yīng)）為模板底物，以金屬鐵鹽和TMEDA為催化劑對反應(yīng)條件進行了優(yōu)化(如表1所示)。結(jié)果顯示，4種鐵鹽都有一定的催化效果，且FeCl3催化效果最好。接著，考察溶劑方面的實驗表明，THF、CH3CN、CH3OH和H2O均沒有DMF效果好。同時，升高反應(yīng)溫度目標產(chǎn)物的收率將受到影響，溫度升高到70℃，苯酚的收率降低了約1倍。之后，分別以N,N’-二甲基乙二胺（DMEDA）和1,10-菲羅啉為配體考察了其他配體對該反應(yīng)的影響，實驗表明配體換成DMEDA能得到少量產(chǎn)物，但1,10-菲羅啉則沒有得到目標產(chǎn)物生產(chǎn)。最后，對堿進行了考察，分別篩選了K3PO4，K2CO3，Na2CO3，Cs2CO3，KHCO3，NaHCO3，NaOH，Et3N和Py（吡啶），實驗表明除K3PO4，K2CO3和Na2CO3能得到少量目標產(chǎn)物外，其他堿均不能得到目標產(chǎn)物。

表1 反應(yīng)條件優(yōu)化a

2.2 底物的拓展

基于上述優(yōu)化的反應(yīng)條件，對反應(yīng)底物的適用范圍進行了考察(如表2所示)。首先考察了苯上環(huán)供電子基對反應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)是甲氧基不利于反應(yīng)，收率都降低，對位取代的最高收率也只有61%，間位取代其次，為59%，和對位差別不大。接下來考察了苯環(huán)吸電子取代基對反應(yīng)的影響，結(jié)果表明，吸電子取代基有利于反應(yīng)，不僅在反應(yīng)收率上有所保證（最高達到84%），反應(yīng)速度也得到了加快。經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)，該苯環(huán)上供電子基對反應(yīng)不利，而吸電子取代基對反應(yīng)有利，這一點在化合物1i和1j的反應(yīng)中也進一步得到了證實。為了擴展反應(yīng)的適用范圍，選取了具有雜環(huán)結(jié)構(gòu)的1k進行了考查，發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)體系對于雜環(huán)化合物也有一定的適用性。

3 結(jié)論

應(yīng)用FeCl3和TMEDA共同催化芳基硼酸的羥基化反應(yīng)，能抑制芳基硼酸和鹵代烴的Suzuki的偶聯(lián)，并高產(chǎn)率地得到酚的衍生物。與其他催化方法比較，本文的反應(yīng)體系具有底物普適性優(yōu)良、催化劑易得、反應(yīng)條件溫和、操作簡單等優(yōu)點，為酚類化合物的合成提供了一種高效、經(jīng)濟的方法。

表2 底物擴展

[1]TANAKA K,TODA F.Solvent-free organic synthesis[J].Chemical Reviews,2000,100:1025-1074.

[2]GAWANDEM B,BONIFACIOV D,LUQUE R,etal.Solvent-free and catalysts-free chemistry:a benign pathway to sustainability[J]. Chem Sus Chem,2014,7:24-44.

[3]GHOSHR,OLOFSSONB.Metal-Freesynthesisofn-aryloxyimides and aryloxyamines[J].Organic Letters,2014,16：1830-1832.

[4]SUN C L,SHI Z J.Transition-metal-free coupling reactions[J]. ChemicalReviews,2014,114:9219-9280.

[5]NAGARAJU A,RAMULU B J,SHUKLA G,et al.Catalyst-free one-pot four-component domino reactions in water-PEG-400: highly efficient and convergent approach to thiazoloquinoline scaffolds[J].Green Chemistry,2015,17:950-958.

[6]LUGP,ZENGLY,CAIC.An efficientsynthesisofdihydrothiophene ureidoformamidesbydomino reactionsof1,3-thiazolidinedioneunder catalyst-freeconditions[J].Green Chemistry，2011，13：998-1003.

[7]QUGR,MAOZJ,NIUHY,etal.Straightforward and highly efficient catalyst-freeone-step synthesisof2-（purin-6-yl）acetoacetic acid ethyl esters，（purin-6-yl）acetates，and 6-methylpurines through snar-based reactions of 6-halopurines with ethyl acetoacetate[J]. Organic Letters,2009,11:1745-1748.

[8]RAPPOPORTZ.Thechemistryofphenols[M].Germany:Wiley-VCH, 2003.

[9]HOCKH,LANGS.Berichtederdeutschen chemischen gesellschaft [J].Abteilung B,Abhandlungen,1944,77:257-264.

[10]WANG C Y,RAKSHIT S,GLORIUS F.Palladium-catalyzed intermolecular decarboxylative coup lingof2-phenylbenzoic acids with alkynes via c-h and c-c bond activation[J].Journal of the American ChemicalSociety，2010，132（40）：14006-14008.

FeCl3-Catalyzed Oxidative Hydroxylation for Synthesisof Phenols of Arylboronic Acidsunder M ild Conditions

CHEN Tai-jie，CHEN Zhen-xiang，XIONG Zhi，XU Heng
(Anhui Key Laboratory of Functional Coordination Compounds，School of Chemistry and Chemical Engineering，Anqing Normal University，Anqing，Anhui246011，China)

In the presence of N,N,N’,N’-Tetramethylethylenediamine（TMEDA）and LiOH,a new FeCl3catalyzed the ipso-hydroxylation of arylboronic acids for the synthesis of phenols is developed.When a series of electron-rich and electrondeficient arylboronic acids are reacted in DMF at room temperature for 20 min in the open air and in the presence of FeCl3,the desired Phenolswere obtained in good yields.Furthermore,nomatter substituted phenyl or heterocyclic boronic acids,were all found to tolerate the reaction conditions.

FeCl3-catalyzed；arylboronic acids；ipso-hydroxylation；phenols

TB383

A

1007-4260(2016)04-0081-04

時間：2017-1-3 17:19

http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1150.N.20170103.1719.021.html

2016-05-15

安徽省高等學(xué)校自然科學(xué)重點研究項目（KJ2016A425）和安徽省教育廳自然科學(xué)研究一般項目（AQKY2014B002）。

陳太杰，男，安徽懷寧人，博士，安慶師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院講師，研究方向為藥物化學(xué)及有機合成方法學(xué)。

E-mail：tjchen@aqnu.edu.cn.

10.13757/j.cnki.cn34-1150/n.2016.04.021