1-THP-4-吡唑硼酸频哪醇酯的制备

背景及概述

上世纪末以来，有机硼酸酯的应用得到了长足的发展，从早期的增塑剂和焊接增溶剂迅速扩大到作为润滑油添加剂、防腐剂、聚合物添加剂、橡胶金属粘合促进剂原料、还原剂原料及刹车液原料等在工业上的广泛用途。有机硼酸酯是稀土金属系列添加剂的一种，具有良好的减摩、抗磨作用对其抗胶合及咬死性能影响还缺乏系统的研究。作者以有机硼酸酯作为润滑油的添加剂，研究该种添加剂作用下滑动摩擦副抗咬死性能及润滑性能。有机硼酸酯是一类极易水解的化合物，因此水解问题是影响其应用的主要原因。油溶性硼酸酯添加剂由于水解会产生不溶于基础油的硼酸，使得添加剂中硼的有效成分丢失。1-THP-4-吡唑硼酸频哪醇酯中文别名：1-(四氢-2H-吡喃-2-基)-4-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二噁硼烷-2-基)-1H-吡唑，英文名称：1-(Tetrahydro-2H-pyran-2-yl)-4-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-1H-pyrazole，CAS号：1003846-21-6，分子式：C14H23BN2O3，分子量：278.155。1-(四氢-2H-吡喃-2-基)-4-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二噁硼烷-2-基)-1H-吡唑作为医药中间体和农药中间体具有相当的前景。

制备

最早的吡唑硼酸频哪醇酯制备是炔基硼酸酯与偶氮化合物经 1，3-环加成反应合成吡唑硼酸的方法。乙基偶氮乙酸酯与二丁基乙炔基硼酸酯缓慢发生［3 +2］环合反应，再经水解得到相应的吡唑 5-硼酸，如下所示。尽管 2000 年前，关于该类化合物的报道很少，之后相关研究日益广泛。关于 3-氯-5-三氟甲基-1-甲基吡唑-4-硼酸的合成，在钯催化剂的作用下，在三乙胺存在的条件下，4-碘吡唑与硼酸频哪醇可发生偶联反应生成 1H-吡唑-4-硼酸频哪醇酯。其于3,4-二氢-2H-吡喃发生氧化反应制备1-THP-4-吡唑硼酸频哪醇酯。其反应方程式如下图：

图1 1-THP-4-吡唑硼酸频哪醇酯反应方程式

碘代吡唑的制备

这是相对容易的一步反应，在氮气保护室温（ 20℃~25 ℃ ）下就能顺利进行。需要注意的是加入 NIS溶解会使体系温度升高，造成副反应增多，所以需要先加入吡唑和 THF 搅拌溶解，然后在冷却条件下分多次缓慢加入 NIS ，同时保证体系温度不高于 10 ℃ ，加入完毕后将反应液加热至 20 ℃~25 ℃ 。反应时间为 6 小时以上，并且随着反应的进行（ HPLC 跟踪），产物的含量会达到一个峰值，即虽然原料仍未反应完全但继续反应只会增加杂质的含量，所以需要随时跟踪并及时停止反应。后处理方面主要是通过饱和硫代硫酸钠溶液和水洗涤除去多余的 NIS 和丁二酰亚胺，水洗若分层较难时，可以水洗涤后加入饱和盐水洗涤然后分层（水和饱和盐水比例 2:1 ）。

4-吡唑硼酸频哪醇酯的制备

这步反应先是格式试剂的交换，通过对比实验表明，无论选用异丙基氯格式试剂、环戊基氯格式试剂或仲丁基氯格式试剂都可以使格式交换完全，但仲丁基氯格式试剂在反应结束后处理中可以通过水洗、脱除较为容易的去除，所以采用仲丁基氯格式试剂。反应在低温下进行，格式交换完全后，反应液中可能会有粘稠状固体析出，经分析属于反应产物，因此可以适当放大溶剂四氢呋喃的量使其溶解，否则大量中间产物形成粘稠状物体而析出会导致第二步硼酸酯交换反应进行不完全，产率下降。硼酸酯交换一步上，通过实验表明，在保证低温的情况下，滴加时间越短，反应越完全，补加硼酸酯或者延长反应时间都无法使反应更进一步，因此，在工业大量生产上需要考虑采取分多釜少量多次反应来提高产率。同时，此步滴加也可以采取反滴加法，即将格式交换产物滴加入硼酸酯中，此滴加法的好处是滴加量相对正滴加少（硼酸酯反应当量一般为2.5~3.0 eq ），加入速度更快，有利于产率的提高；但也存在缺点：首先是格式交换后可能出现的粘稠状固体产物析出，反滴加的操作会使析出的物流损失，二是反滴加所产生的最终产品虽然在分析上与正滴加上无区别，但经同样后处理后，更加难以结晶，最后是反滴加的操作相对复杂而带来的产率提升不明显。因此一般采用正常滴加硼酸酯的方法，滴加结束后升温至室温反应 1小时即可。后处理方面主要是通过洗涤去除影响结晶的杂质，通过重结晶提高产品纯度：脱除溶剂用 TBME 萃取后，用氯化铵溶液和碳酸氢钠溶液洗涤（ GS 跟踪），直至两处杂质被完全去除，否则产品难以析出。脱除TBME 后加入石油醚进行重结晶，可使产物含量达到 97％以上，同时母液中还含有大量的产物，可以通过使用氯化铵溶液和碳酸氢钠溶液的反复洗涤，多次重结晶后获得。