催化不对称还原是获得手性化合物的重要途径。作为最经典的还原羰基化合物的催化剂之一,甲基硼酸(MeBHA)与硼烷结合用来制备手性醇类化合物,该方法由于具有较高的对映选择性至今仍广泛使用。然而,作为其中最重要的试剂之一,甲基硼酸的合成仍然缺乏有效的方法。
目前,合成甲基硼酸主要有两种方法:一种是通过硼烷与一氧化碳反应后水解得到甲基硼酸。此方法中,硼烷为易燃气体,而一氧化碳则有毒性,一旦泄漏将十分危险;另一种则是使用甲基格氏试剂(MeGr))与特殊的不稳定氯硼试剂反应后水解制备甲基硼酸。这种合成过程中不可避免地会产生副产物三甲基硼 (TMBA),且 TMBA 性质非常活泼,极易与空气发生自燃现象,给生产带来安全隐患。此外,甲基硼酸在水溶液中具有良好的溶解性,在实际操作中难以提取,导致溶剂的浪费。
应用甲基硼酸是最简单的有机硼酸衍生物之一,是制备许多硼酸衍生物如(S)或(R)-2-甲基-CBS-噁唑硼烷等的重要中间体。其在有机合成中具有多种用途。此外,在色谱分析中,甲基硼酸及其衍生物也常用于顺反异构体的分离。
制备 1. (三甲硅基)甲基硼酸的合成氮气保护下,在装有冷凝管和恒压加料漏斗的反应瓶中加入金属镁(0.33摩尔)和几小粒碘。搅拌下,滴加入三甲硅基溴甲烷(0.3摩尔)溶于250毫升2-甲基四氢呋喃中的混合溶液(30毫升)。加热至40℃以上,待反应引发后将剩余的溶液缓慢滴加完毕。继续升温至回流反应3小时,降至室温。
在另一个装有氮气保护的反应瓶中加入硼酸三甲酯(0.35摩尔)和80毫升2-甲基四氢呋喃,搅拌均匀后降温至-20℃,开始缓慢加入上述制备好的格氏试剂。2-3小时加毕,保温再继续反应2-2.5小时,确认反应不再变化时,升温至0℃,加入10%盐酸调pH=2。水层再用2-甲基四氢呋喃萃取一次,合并有机层直接用于下一步合成中。
2. 甲基硼酸三聚体的合成将上述步骤得到的有机层加入带有回流分水装置的反应瓶中,滴加四正丁基氟化铵水合物(0.4摩尔)。室温搅拌下体系很快溶清。反应完毕后,常压下将体系中的溶剂蒸干,混合物中加入甲苯120毫升,开始回流分水。当分出超过计算量的水且不再有水继续分出时,接入精馏装置,将生成的甲基硼酸三聚体通过蒸馏分离出来。
3. 甲基硼酸的合成将上述步骤中得到的精馏后获得的甲基硼酸三聚体加入4.5克水中,并在室温下搅拌30分钟。有固体析出时,加入正庚烷打浆并过滤,即可得到白色固体甲基硼酸纯品11.2克,收率为62%,产品经过气相色谱(GC)分析为98.2%,熔点为88-90℃,核磁共振波谱结果符合预期。