一种高效合成9/12-羟基碳硼烷类化合物的方法

本发明属于有机化学，具体涉及一种高效合成9/12-羟基碳硼烷类化合物的方法。

背景技术：

1、碳硼烷是多面体硼簇的衍生物，具有特殊的三维立体结构、低毒性以及良好的热稳定性和化学稳定性等特点。在过去的几十年里，邻碳硼烷在许多领域显示出潜在的应用，例如光电子学、超分子设计、有机金属配位化学和医学。特别是，功能化碳硼烷是硼中子俘获治疗(bnct)的理想候选药物。因此，化学工作者探索了邻碳硼烷官能团化的各种方法。

2、在有机分子中引入羟基是一种重要的化学转化。但是由于缺乏简单有效的合成方法，羟基取代的邻碳硼烷很少被研究。邻碳硼烷笼中存在十个硼顶点，b-h键化学极性小且键能高，硼氢键的官能团化难以发生。根据电子云密度的不同，分为四种不同化学环境b原子，其电子云分布为：b(9,12)>b(8,10)>b(4,5,7,11)>b(3,6)。但是，由于各个硼顶点的电子云密度差别较小，在进行官能团化时存在化学选择性差，反应条件苛刻等问题。这些因素使得邻碳硼烷在发生反应时会产生复杂的取代模式，导致产品为混合物，所以高效、高选择性的合成羟基化邻碳硼烷存在很大的挑战。

3、以邻碳硼烷或间碳硼烷为底物，在0℃下，乙醚作为溶剂，使用正丁基锂与硼酸三甲酯反应，然后在hoac存在下用30％h2o2氧化，可以合成碳顶点羟基化碳硼烷；反应方程式如下：

4、

5、硼顶点直接羟基化方法也有一些报道，但是普遍存在反应收率低，反应条件苛刻等问题。据文献报道，用100％硝酸氧化邻碳硼烷可以能得到9-羟基邻碳硼烷，但该方法得到了9-羟基邻碳硼烷和邻碳硼烷的硝酸酯类化合物的混合物。使用氧化铬(vi)和高锰酸钾也能合成9-羟基邻碳硼烷，但产率仍然很低(12-25％)，这极大限制了该方法的使用；反应方程式表示如下：

6、

7、因此，开发出符合绿色化学理念的合成方法，采用低毒或无毒、高选择性、高产率的羟基化邻碳硼烷的方法显得尤为重要。

技术实现思路

1、为了克服以上缺陷，本发明提供了一种高效合成9/12-羟基碳硼烷的方法。以碳硼烷为原料，在浓硝酸、六氟异丙醇和三氟甲磺酸存在下反应，一步即可得到9/12-羟基碳硼烷类化合物。本方法无需额外加入催化剂，空气中室温下即可顺利进行，具有操作简单、产率高、底物适用范围广、易于规模化生产等优点，采用该方法可快速高效合成9/12-羟基碳硼烷及其衍生物。

2、本发明所述的合成9/12-羟基碳硼烷类化合物的方法，包括如下步骤：以邻碳硼烷1a或1b为原料，在布朗斯特酸和氧化剂存在下，有机溶剂中反应，分别得到9-羟基邻碳硼烷2a或9-羟基碳硼烷2b/12-羟基碳硼烷2c；其中：

3、当r1＝r2时：r1和r2为氢、甲基、c2-c8烷基、氯甲基、r1与r2组成5-6元碳环、三甲基硅烷基、甲酸乙酯；r3为卤素、c1-c4烷基；反应方程式表示如下：

4、

5、当r1≠r2时：r1为甲基、异丙基、环己基、三甲基硅烷基、氯甲基、溴甲基、羟基取代乙基或甲酸乙酯，r2和r3均为氢；反应方程式表示如下：

6、

7、以间碳硼烷1c为原料，在布朗斯特酸和氧化剂存在下，有机溶剂中反应，得到9-羟基间碳硼烷2d；反应方程式表示如下：

8、

9、进一步地，在上述技术方案中，所述有机溶剂选自六氟异丙醇、二氯甲烷、三氟乙醇、三氟乙酸、三氟甲磺酸、乙腈、乙酸乙酯或甲醇。

10、进一步地，在上述技术方案中，所述有机溶剂选六氟异丙醇或三氟甲磺酸。

11、进一步地，在上述技术方案中，所述布朗斯特酸选自三氟甲磺酸、硫酸、高氯酸、盐酸。

12、进一步地，在上述技术方案中，所述布朗斯特酸选三氟甲磺酸。

13、进一步地，在上述技术方案中，所述氧化剂选自浓硫酸、硝酸钠或硝酸钾。

14、进一步地，在上述技术方案中，所述邻碳硼烷1a/碳硼烷1b与氧化剂摩尔比为1：1-1.2。

15、进一步地，在上述技术方案中，所述反应温度为20-40℃。

16、进一步地，在上述技术方案中，其特征在于：反应无需惰性气体保护，在空气中进行。

17、发明有益效果

18、1、本发明操作简单，仅需向有机溶剂中加入底物邻/间碳硼烷、浓硝酸、六氟异丙醇和三氟甲磺酸，合成过程中不需要复杂反应流程，工艺操作过程简单；

19、2、本发明反应中所需要氧化剂、布朗斯特酸和有机溶剂廉价易得，可直接市场购买；反应过程中产生的三废少，环境污染小，具有较大规模合成潜力。

技术特征：

1.一种合成9/12-羟基碳硼烷类化合物的方法，其特征在于，包括如下步骤：以邻碳硼烷1a或碳硼烷1b为原料，在布朗斯特酸和氧化剂存在下，有机溶剂中反应，分别得到9-羟基邻碳硼烷2a或9-羟基邻碳硼烷2b/12-羟基邻碳硼烷2c；其中：当r1＝r2时：r1和r2为氢、甲基、c2-c8烷基、氯甲基、r1与r2组成5-6元碳环、三甲基硅烷基、甲酸乙酯；r3为卤素、c1-c4烷基；反应方程式表示如下：

2.根据权利要求1所述合成9/12-羟基碳硼烷类化合物的方法，其特征在于：所述有机溶剂选自六氟异丙醇、二氯甲烷、三氟乙醇、三氟乙酸、三氟甲磺酸、乙腈、乙酸乙酯或甲醇。

3.根据权利要求2所述合成9/12-羟基碳硼烷类化合物的方法，其特征在于：所述有机溶剂选自六氟异丙醇或三氟甲磺酸。

4.根据权利要求1所述合成9/12-羟基碳硼烷类化合物的方法，其特征在于：所述布朗斯特酸选自三氟甲磺酸、硫酸、高氯酸、盐酸。

5.根据权利要求4所述合成9/12-羟基碳硼烷类化合物的方法，其特征在于：所述布朗斯特酸选自三氟甲磺酸。

6.根据权利要求1所述合成9/12-羟基碳硼烷类化合物的方法，其特征在于：所述氧化剂选自浓硫酸、硝酸钠或硝酸钾。

7.根据权利要求1所述合成9/12-羟基碳硼烷类化合物的方法，其特征在于：所述邻碳硼烷1a/碳硼烷1b与氧化剂摩尔比为1：1-1.2。

8.根据权利要求1所述合成9/12-羟基碳硼烷类化合物的方法，其特征在于：反应温度为20-40℃。

9.根据权利要求1-8任意一项所述合成9/12-羟基碳硼烷类化合物的方法，其特征在于：反应无需惰性气体保护，在空气中进行。

技术总结
本发明公开了一种高效合成9/12‑羟基碳硼烷类化合物的方法，属于有机化学技术领域。以碳硼烷为原料，在浓硝酸、六氟异丙醇和三氟甲磺酸存在下反应，一步即可得到9/12‑羟基碳硼烷类化合物。本发明方法无需额外加入催化剂，空气中室温下即可顺利进行，具有操作简单、产率高、底物适用范围广、易于规模化生产等优点，采用该方法可快速高效合成9/12‑羟基碳硼烷及其衍生物。

技术研发人员：马艳娜,雷超,任化展
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/4