紀海健，白雪峰

（黑龍江省科學(xué)院 石油化學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱150040）

前 言

4- 氰基苯硼酸是一種重要的化工原料，與新戊二醇、1,3- 丙二醇等二元醇反應(yīng)生成的4- 氰基苯硼酸二醇酯是醫(yī)藥、顯示材料合成中的重要中間體。以氰基苯硼酸為探針，還可以對尿液中微量葡萄糖的特異性進行檢測[1，2]。

由于4- 氰基溴苯含有活潑的氰基，采用有機鋰試劑法和格氏試劑法均不能制備4- 氰基苯硼酸。Miyaura 硼化反應(yīng)是在鈀催化劑的存在下，芳基或烯基鹵化物或三氟磺酸酯衍生物與聯(lián)二硼酸頻哪醇酯發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)來制備相應(yīng)的硼酸頻哪醇酯的一類反應(yīng)。該反應(yīng)具有條件溫和，無需低溫隔氧隔水，且官能團容忍度較好的特點，在一定程度上彌補了使用活性較高的格氏試劑和鋰試劑來制備此類化合物時的不足。允許反應(yīng)物含有氰基、硝基、氨基、羥基、酯基或羰基等基團，可以從取代芳基鹵化物一步制備芳基硼酸酯[3～6]。

本文以4- 氰基溴苯為原料，聯(lián)二硼酸頻哪醇酯（B2Pin2）為硼化劑，通過Miyaura 硼化反應(yīng)在溫和的反應(yīng)條件下制備了4- 氰基苯硼酸，研究了不同催化劑和堿對產(chǎn)品收率的影響，并對制得的產(chǎn)品進行了分析和表征。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

紅外分析（FT-IR）和核磁共振分析（NMR）分別在德國Bruker 公司生產(chǎn)的VECTOR-22 型紅外光儀和AV300 型核磁共振儀上完成；組分分析在美國戴安公司生產(chǎn)的DIONEX P680 型高效液相色譜儀上完成。4- 氰基溴苯（CP）由北京偶合科技有限公司提供，1,1'- 二（二苯膦基）二茂鐵二氯化鈀（II）[PdCl2（dppf）］（CP）和聯(lián)二硼酸頻哪醇酯（B2Pin2）由百靈威科技有限公司提供。

1.2 4- 氰基苯硼酸合成路線

1.2.1 4- 氰基苯硼酸頻哪醇酯的合成

氮氣保護下，在250mL 三口圓底燒瓶中依次加入：4-BrC6H4CN（1.90g，10.40mmol），B2Pin2（2.90g，11.44mmol），K（OAc）2（3.06g，31.20mmol），PdCl2（dppf）（0.24g,0.32mmol,3mol%），DMF（50mL），然后置于85℃的油浴中，反應(yīng)5h，冷卻至室溫加入75mL 水產(chǎn)生灰色沉淀，過濾水洗干燥。將得到的灰色沉淀溶于50mL乙酸乙酯。然后過濾除去不溶物，收集濾液，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑，干燥得白色粉末0.78g；第一次過濾所得母液用75mL 乙酸乙酯萃取，有機層水洗（50mL×2）然后用無水硫酸鈉干燥，除去溶劑得白色粉末0.12g。合并兩次所得白色粉末2.00g，收率84.03%。

1.2.2 4- 氰基苯硼酸的合成

化合物3（2.00g，8.73mmol）和NaIO4（5.60g，26.19mmol）加入到四氫呋喃（40mL）和水（10mL）的混合溶液中，室溫下反應(yīng)30min，加入1mol/L 的HCl水溶液（6.10mL），繼續(xù)反應(yīng)2.5h，減壓蒸出大部分四氫呋喃，乙酸乙酯（10mL×3）萃取，合并有機相用飽和氯化鈉溶液洗，無水硫酸鈉干燥，減壓蒸出溶劑，得到粗產(chǎn)物經(jīng)過柱層析分離提純，以石油醚/乙酸乙酯（5∶1,v/v）為洗脫劑得產(chǎn)物0.96g，收率75.00%，白色固體，

1.3 4- 氰基苯硼酸的表征

4- 氰基溴苯和4- 氰基苯硼酸的FT-IR 分析結(jié)果見圖1，4- 氰基苯硼酸的NMR 分析結(jié)果見圖2。

圖1 4-氰基溴苯和4-氰基苯硼酸的紅外譜圖Fig.1 The FTIR spectra of 4-cyanobromobenzene and 4-cyanophenylboronic acid

由圖1 可知，在4- 氰基苯硼酸的紅外譜圖中3346.07～3514.25cm-1出現(xiàn)的較寬吸收峰歸屬為締合O-H 的伸縮振動；2225.30cm-1歸屬為氰基的伸縮 振 動；1557.49cm-1，1610.66cm-1歸 屬 為 苯 環(huán) 上C=C 的伸縮振動；1348.28cm-1處出現(xiàn)的吸收峰歸屬于B-O 鍵的伸縮振動。

圖2 4-氰基苯硼酸的1H 核磁譜圖Fig.2 The 1H NMR spectra of 4-cyanophenylboronic acid

由圖2 可知，1H NMR（400MHz，CDCl3）: δppm 7.85（d，J=6.79Hz，1H），7.46（t，J=7.51，7.51Hz，1H），7.26（s，1H），7.12-6.86（m，1H），6.15（s，1H），5.97（s，1H），3.92（s，1H），1.59（s，1H）。

從以上FT-IR 和1HNMR 表征結(jié)果可知，合成的產(chǎn)品為4- 氰基苯硼酸。

2 結(jié)果與討論

2.1 催化劑對產(chǎn)物收率的影響

以DMF 為溶劑，反應(yīng)溫度為85℃，B2Pin2（1.1equiv），4-BrC6H4CN（1.0equiv），KOAc（3.0equiv），分別以PdCl2（dppf）、Pd（OAc）2和Pd（PPh3）4為 催化劑，加入量為3mol%，反應(yīng)時間5h，考察了三種催化劑對底物的催化效果，如表1 所示。

表1 不同的催化劑對產(chǎn)物收率的影響Table 1 The effect of different catalysts on the yield

由表1 可知，三種催化劑對同一底物的收率的影響差別不大，本實驗選用PdCl2（dppf）是由于其對空氣不敏感，易于保存。

2.2 堿對產(chǎn)物收率的影響

以DMF 為溶劑，在反應(yīng)溫度85℃，B2Pin2（1.1equiv），4-BrC6H4CN（1.0equiv），PdCl2（dppf）（3mol%），分別以Et3N、K3PO4和KOAc 為堿，加入量為3.0equiv，反應(yīng)時間為5h，考察了三種堿對底物的催化效果，如表2 所示。

表2 不同的堿對產(chǎn)物收率的影響Table 2 The effect of different bases on the yield

由表2 可知：三種堿中，使用Et3N 時，反應(yīng)收率較低，而使用KOAc 時，產(chǎn)物的收率比較高。這是由于鹵代芳烴與Pd（0）氧化加成后，與1mol 的堿生成有機鈀氫氧化物中間物種，取代了鍵極性相對弱的Pd-X 鍵，這種含強極性鍵Pd-O 的中間物種具有較強的親電性；另1mol 的堿與芳基硼酸生成四價硼酸鹽中間物種，具有較強的富電性，有利于陰離子向Ar-Pd-OH 的金屬中心遷移，以上這兩方面協(xié)同作用形成的有機鈀絡(luò)合物經(jīng)還原消除生成芳基偶聯(lián)產(chǎn)物。催化偶聯(lián)循環(huán)中四價硼酸鹽中間物種主要通過堿金屬離子的模板效應(yīng)實現(xiàn)向金屬中心遷移，陽離子的大小是模板效應(yīng)的關(guān)鍵，堿性強弱直接影響反應(yīng)程度，堿性越強，反應(yīng)速率越快，收率越高。Et3N是有機堿，無陽離子，且堿性比較弱，反應(yīng)收率較低，KOAc 中陽離子比較大，堿性比較強，產(chǎn)物收率高。

3 結(jié) 論

以4- 氰基溴苯為原料，通過Miyaura 硼化反應(yīng)制備了4- 氰基苯硼酸，采用FT-IR 和1H NMR 對4- 氰基苯硼酸的結(jié)構(gòu)進行了分析，結(jié)果表明所得產(chǎn)物與目標產(chǎn)物一致。

研究了催化劑和堿對反應(yīng)收率的影響，實驗結(jié)果表明，以PdCl2（dppf）為催化劑，KOAc 為堿，DMF為溶劑，反應(yīng)原料的物質(zhì)的量比為4-BrC6H4CN∶B2Pin2∶KOAc=1∶1.1∶3，催化劑用量為3mol%，在85℃下進行反應(yīng)時，4- 氰基苯硼酸收率可達75%。