Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с борной кислотой или борной кислотой .

Общая структура бороновой кислоты, где R - заместитель .

Бороновая кислота представляет собой соединение , связанное с борной кислотой , в которой одна из трех гидроксильных групп заменяются алкилом или арили группой. [1] Как соединение, содержащее связь углерод-бор , члены этого класса, таким образом, принадлежат к более крупному классу органоборанов . Бороновые кислоты действуют как кислоты Льюиса . Их уникальная особенность заключается в том, что они способны образовывать обратимые ковалентные комплексы с сахарами , аминокислотами , гидроксамовыми кислотами и т. Д. (Молекулы с вицинальными , (1,2) или иногда (1,3) замещенными донорами основания Льюиса (спирт , амин , карбоксилат)). Р К из борной кислоты составляет \ 9, но они могут образовывать тетраэдрические боронатные комплексы с р K \ 7. Иногда они используются в области молекулярного распознавания для связывания с сахаридами для флуоресцентного обнаружения или селективного транспорта сахаридов через мембраны.

Бороновые кислоты широко используются в органической химии в качестве химических строительных блоков и промежуточных продуктов, преимущественно в соединении Сузуки . Ключевым понятием в его химии является превращение органического остатка в переходный металл.

Соединение бортезомиб с группой бороновой кислоты - это лекарство, используемое в химиотерапии . Атом бора в этой молекуле является ключевой субструктурой, потому что через него блокируются определенные протеасомы , которые в противном случае разрушили бы белки. Известно, что бороновые кислоты связываются с серинами активного центра и являются частью ингибиторов липазы поджелудочной железы свиней , [2] субтилизина [3] и протеазы Kex2 . [4] Кроме того, производные бороновой кислоты составляют класс ингибиторов ацил-протеин тиоэстеразы 1 и 2 человека, которые являются мишенями для лечения рака в цикле Ras . [5]

Считается, что функциональная группа бороновой кислоты обладает низкой токсичностью. Это одна из причин популярности сочетания Suzuki при разработке и синтезе фармацевтических агентов. Однако недавно было обнаружено, что значительная часть обычно используемых бороновых кислот и их производных дает положительный результат теста Эймса и действует как химические мутагены . Считается, что механизм мутагенности включает образование органических радикалов путем окисления бороновой кислоты кислородом воздуха. [6]

Структура и синтез [ править ]

В 1860 году Эдвард Франкланд первым сообщил о получении и выделении бороновой кислоты. Этилбороновую кислоту синтезировали двухстадийным способом. Сначала диэтилцинк и триэтилборат прореагировали с образованием триэтилборана . Затем это соединение окисляется на воздухе с образованием этилбороновой кислоты. [7] [8] [9] В настоящее время широко используются несколько способов синтеза, и многие устойчивые на воздухе бороновые кислоты коммерчески доступны.

Бороновые кислоты обычно имеют высокие температуры плавления. Они склонны к образованию ангидридов из- за потери молекул воды, как правило, с образованием циклических тримеров .

Примеры бороновых кислот
Бороновая кислотарСтруктураМолярная массаКоличество CASТемпература плавления ° C
Фенилбороновая кислотаФенил121,9398-80-6216–219
2-тиенилбороновая кислотаТиофен127,966165-68-0138–140
Метилбороновая кислотаМетил59,8613061-96-691–94
цис- пропенилбороновая кислотапропен85,907547-96-865–70
транс- пропенилбороновая кислотапропен85,907547-97-9123–127

Синтез [ править ]

Бороновые кислоты можно получить несколькими способами. Самый распространенный способ - это реакция металлоорганических соединений на основе лития или магния ( Гриньяр ) с боратными эфирами . [10] [11] [12] [13] Например, фенилбороновую кислоту получают из бромида фенилмагния и триметилбората с последующим гидролизом [14]

PhMgBr + B (OMe) 3 → PhB (OMe) 2 + MeOMgBr
PhB (OMe) 2 + H 2 O → PhB (OH) 2 + MeOH

Другой метод представляет собой реакцию арилсилана (RSiR 3 ) с трибромидом бора (BBr 3 ) при трансметаллировании до RBBr 2 с последующим кислотным гидролизом.

Третий метод представляет собой катализируемую палладием реакцию арилгалогенидов и трифлатов с диборониловыми эфирами в реакции сочетания, известной как реакция борилирования Мияура . Альтернативой сложным эфирам в этом методе является использование дибороновой кислоты или тетрагидроксидибора ([B (OH 2 )] 2 ). [15] [16] [17]

Бороновые эфиры (также называемые эфирами бороновой кислоты) [ править ]

Бороновые эфиры представляют собой сложные эфиры, образованные между бороновой кислотой и спиртом.

Сравнение бороновой кислоты и бороновых эфиров
СложныйОбщая формулаОбщая структура
Бороновая кислотаРБ (ОН) 2
Бороновый эфирРБ (ИЛИ) 2

Соединения могут быть получены из боратных эфиров [18] конденсацией со спиртами и диолами . Фенилбороновая кислота может самоконденсироваться до циклического тримера, называемого трифенилангидридом или трифенилбороксином. [19]

Примеры эфиров бороновой кислоты
Бороновый эфирДиолСтруктурная формулаМолярная массаКоличество CASТочка кипения (° C)
Пинаколовый эфир аллилбороновой кислотыпинакол168,0472824-04-550–53 (5 мм рт. Ст.)
Триметиленгликолевый эфир фенилбороновой кислотытриметиленгликоль161,994406-77-3106 (2 мм рт. Ст.)
Диизопропоксиметилборанаизопропанол144,0286595-27-9105 -107

Соединения с 5-членными циклическими структурами, содержащие связь C – O – B – O – C, называются диоксабороланами, а соединения с 6-членным циклом - диоксаборинанами .

Приложения в органической химии [ править ]

Реакция сцепления Сузуки [ править ]

Бороновые кислоты используются в органической химии в реакции Сузуки . В этой реакции атом бора обменивает свою арильную группу на алкоксигруппу палладия.

 

 

 

 

( 1 )

Связь Чана – Лам [ править ]

При взаимодействии Чана-Лама алкил, алкенил или арилбороновая кислота реагирует с соединением, содержащим N – H или O – H, с Cu (II), таким как ацетат меди (II), и кислородом, и основанием, таким как пиридин [20] [ 21], образуя новую связь углерод-азот или углерод-кислород, например, в этой реакции 2-пиридона с транс-- 1-гексенилбороновой кислотой:

Последовательность механизма реакции включает депротонирование амина, координацию амина с медью (II), трансметаллирование (перенос алкилборной группы на медь и ацетатную группу меди на бор), окисление Cu (II) до Cu (III). кислородом и, наконец, восстановительное отщепление Cu (III) до Cu (I) с образованием продукта. Прямое восстановительное отщепление Cu (II) до Cu (0) также имеет место, но очень медленно. В каталитических системах кислород также регенерирует катализатор Cu (II).

Связь Либескинда-Срогля [ править ]

В Либескинд-Srogl соединения с тиольным эфиром соединено с бороновой кислотой с получением кетона .

Сопряженное сложение [ править ]

Органический остаток бороновой кислоты является нуклеофилом при сопряженном присоединении также в сочетании с металлом. В одном исследовании пинаколовый эфир аллилбороновой кислоты реагирует с дибензилиденацетоном при таком добавлении конъюгата: [22]

Катализатора система в этой реакции , является трисы (дибензилиденацетон) дипалладий (0) / трициклогексилфосфина .

Еще одно сопряженное добавление - это добавление грамина с фенилбороновой кислотой, катализируемое димером циклооктадиен-родийхлорида : [23]

Окисление [ править ]

Сложные эфиры бороновой кислоты окисляются до соответствующих спиртов с помощью основания и перекиси водорода (например, см .: карбеноид ).

Омологация [ править ]

  • При гомологизации боронового эфира алкильная группа переходит с бора в боронате на углерод: [24]

  • Гомологизация боронового эфира

  • Заявление на омологизацию

В этой реакции дихлорметиллитий превращает эфир бороновой кислоты в боронат. Затем кислота Льюиса вызывает перегруппировку алкильной группы со замещением группы хлора. Наконец, металлоорганический реагент, такой как реактив Гриньяра, эффективно замещает второй атом хлора, что приводит к внедрению группы RCH 2 в связь CB. Другой реакцией, характеризующейся миграцией боронат-алкила, является реакция Петазиса .

Электрофильные аллильные сдвиги [ править ]

Аллилбороновые эфиры участвуют в электрофильных аллильных сдвигах очень похоже на кремниевый кулон в реакции Сакураи . В одном исследовании реагент диаллилирования сочетает в себе оба [25] [примечание 1] :

Гидролиз [ править ]

Гидролиз сложных эфиров бороновой кислоты до бороновой кислоты и спирта может быть осуществлен в определенных системах с помощью тионилхлорида и пиридина . [26] Арилбороновые кислоты или сложные эфиры могут быть гидролизованы до соответствующих фенолов реакцией с гидроксиламином при комнатной температуре. [27]

Реакции сочетания C – H [ править ]

Соединение дибора бис (пинаколато) диборон [28] реагирует с ароматическими гетероциклами [29] или простыми аренами [30] с образованием арилборонатного эфира с иридиевым катализатором [IrCl (COD)] 2 (модификация катализатора Крэбтри ) и основанием 4,4 '-Ди-трет-бутил-2,2'-бипиридин в реакции сочетания CH, например, с бензолом :

В одной модификации арен реагирует с использованием только стехиометрического эквивалента, а не большого избытка с использованием более дешевого пинаколборана : [31]

В отличие от обычного электрофильного ароматического замещения (EAS), где преобладают электронные эффекты , региоселективность в этом типе реакции определяется исключительно стерической массой иридиевого комплекса. Это используется в метабромировании м- ксилола, которое по стандарту AES дает орто-продукт: [32] [примечание 2]

Протонолиз [ править ]

Протодеборирование - это химическая реакция, включающая протонолиз бороновой кислоты (или другого органоборанового соединения), в которой связь углерод-бор разрывается и заменяется связью углерод-водород. Протодеборирование - это хорошо известная нежелательная побочная реакция , часто связанная с катализируемыми металлами реакциями сочетания , в которых используются бороновые кислоты (см. Реакцию Сузуки ). Для данной бороновой кислоты склонность к протодеборированию сильно варьируется и зависит от различных факторов, таких как используемые условия реакции и органический заместитель бороновой кислоты:

Супрамолекулярная химия [ править ]

Распознавание сахаридов [ править ]

Пример флуоресцентного комплекса дибороновой кислоты и винной кислоты [33]

Ковалентное попарное взаимодействие между бороновыми кислотами и гидроксигруппами, которое обнаруживается в спиртах и кислотах, является быстрым и обратимым в водных растворах . Равновесие, установленное между бороновыми кислотами и гидроксильными группами, присутствующими на сахаридах, было успешно использовано для разработки ряда сенсоров для сахаридов. [34] Одно из ключевых преимуществ этой динамической ковалентной стратегии [35] заключается в способности бороновых кислот преодолевать проблему связывания нейтральных частиц в водной среде. Если все устроено правильно, введение третичного амина в эти супрамолекулярныесистемы позволят связыванию происходить при физиологическом pH и позволят сигнальным механизмам, таким как опосредованная фотоиндуцированным переносом электронов флуоресценция, сообщать о событии связывания.

Возможные области применения этого исследования включают системы мониторинга уровня глюкозы в крови для помощи в управлении сахарным диабетом . Поскольку датчики используют оптический отклик, мониторинг может быть достигнут с использованием минимально инвазивных методов, одним из таких примеров является исследование контактной линзы , содержащей молекулу датчика на основе бороновой кислоты, для определения уровней глюкозы в глазных жидкостях . [36]

Заметки [ править ]

  1. ^ В этой последовательности сдвиг аллильного эфира бороновой кислоты катализируется трифторидом бора . На второй стадии гидроксильной группа активируетсякачестве уходящей группы путем превращения в трифлат с помощью ангидрида трифторуксусной кислоты помогшего 2,6-лутидина . Конечный продукт - винилциклопропан . Примечание: ee обозначает избыток энантиомеров.
  2. ^ Вторая стадия реакции боронатного эфира на месте с бромидом меди (II)

Ссылки [ править ]

  1. ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) « Бороновые кислоты ». DOI : 10,1351 / goldbook.B00714
  2. ↑ Гарнер, CW (10 июня 1980 г.). «Ингибиторы бороновой кислоты липазы поджелудочной железы свиней» . Журнал биологической химии . 255 (11): 5064–5068. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (19) 70749-2 . ISSN  0021-9258 . PMID  7372625 .
  3. ^ Линдквист, RN; Терри, К. (январь 1974 г.). «Ингибирование субтилизина бороновыми кислотами, потенциальными аналогами тетраэдрических интермедиатов реакции». Архивы биохимии и биофизики . 160 (1): 135–144. DOI : 10.1016 / s0003-9861 (74) 80018-4 . ISSN 0003-9861 . PMID 4364061 .  
  4. ^ Holyoak, Тодд; Уилсон, Марк А .; Фенн, Тимоти Д .; Kettner, Charles A .; Петско, Григорий А .; Фуллер, Роберт С .; Ринге, Дагмар (10 июня 2003 г.). «2.4 Разрешающая кристаллическая структура прототипной протеазы Kex2, производящей гормон, в комплексе с ингибитором бороновой кислоты Ala-Lys-Arg». Биохимия . 42 (22): 6709–6718. DOI : 10.1021 / bi034434t . ISSN 0006-2960 . PMID 12779325 .  
  5. ^ Циммерманн, Тобиас Дж .; Бюргер, Марко; Таширо, Эцу; Кондо, Ясумицу; Мартинес, Нэнси Э .; Гёрмер, Кристина; Розин-Штайнер, Сигрид; Симидзу, Такеши; Одзаки, Соичиро (2 января 2013 г.). «Ингибиторы тиоэстераз ацилпротеина 1 и 2 на основе бора». ChemBioChem: Европейский журнал химической биологии . 14 (1): 115–122. DOI : 10.1002 / cbic.201200571 . ISSN 1439-7633 . PMID 23239555 . S2CID 205557212 .   
  6. ^ Хансен, Марвин М .; Веселый, Роберт А.; Линдер, Райан Дж. (29 июля 2015 г.). «Бороновые кислоты и производные - исследование взаимосвязей структура-активность для мутагенности». Исследования и разработки в области органических процессов . 19 (11): 1507–1516. DOI : 10.1021 / acs.oprd.5b00150 . ISSN 1083-6160 . 
  7. ^ Frankland, E .; Дуппа, Б.Ф. (1860 г.). "Vorläufige Notiz über Boräthyl" . Justus Liebigs Ann. Chem. 115 (3): 319. DOI : 10.1002 / jlac.18601150324 .
  8. ^ Frankland, E .; Дуппа, Б. (1860). «О борной этиде» . Труды Королевского общества . 10 : 568–570. DOI : 10,1098 / rspl.1859.0112 .
  9. ^ Франкленд, Е. (1862 г.). «О новой серии органических соединений, содержащих бор» . J. Chem. Soc. 15 : 363–381. Bibcode : 1862RSPT..152..167F . DOI : 10.1039 / JS8621500363 .
  10. ^ Деннис Г. Холл, изд. (2005). Бороновые кислоты . Вайли. ISBN 978-3-527-30991-7.
  11. ^ Пример: Кристенсен, Джеспер Ланггаард; Лисен, Мортен; Vedsø, Per; Бегтруп, Микаэль (2005). «Синтез орто- замещенных арилбороновых эфиров путем улавливания in situ нестабильных литио-промежуточных соединений: этилового эфира 2- (5,5-диметил-1,3,2-диоксаборинан-2-ил) бензойной кислоты». Органический синтез . 81 : 134.; Коллективный том , 11 , стр. 1015pp = v81p0134
  12. ^ Пример: Ли, Вэньцзе; Нельсон, Дориан П .; Дженсен, Марк S .; Скотт Хёррнер, Р .; Цай, Дунвэй; Ларсен, Роберт Д. (2005). «Синтез 3-пиридилбороновой кислоты и ее эфира пинакола. Применение 3-пиридилбороновой кислоты в сочетании Сузуки для получения 3-пиридин-3-илхинолина» . Органический синтез . 81 : 89.; Коллективный том , 11 , с. 393
  13. ^ Шаретт, Андре Б.; Лебель, Элен (1999). «(2 S , 3 S ) - (+) - (3-Фенилциклопропил) метанол» . Органический синтез . 76 : 86.; Сборник , 10 , стр. 613
  14. ^ Washburn, Роберт М .; Левенс, Эрнест; Олбрайт, Чарльз Ф .; Биллиг, Франклин А. (1959). «Бензолбороновый ангидрид» . Органический синтез . 39 : 3.; Сборник , 4 , с. 68
  15. ^ Пиларски, Лукаш Т .; Сабо, Кальман Дж. (2011). «Катализируемый палладием прямой синтез борорганических кислот». Angewandte Chemie International Edition . 50 (36): 8230–8232. DOI : 10.1002 / anie.201102384 . PMID 21721088 . 
  16. ^ Моландер, Гэри А .; Трайс, Сара LJ; Дреер, Спенсер Д. (2010). "Катализированный палладием, прямой синтез бороновой кислоты из арилхлоридов: упрощенный путь к различным производным боронатного эфира" . Журнал Американского химического общества . 132 (50): 17701–17703. DOI : 10.1021 / ja1089759 . PMC 3075417 . PMID 21105666 .  
  17. ^ Исияма, Тацуо; Мурата, Мики; Мияура, Норио (1 ноября 1995 г.). «Катализируемая палладием (0) реакция перекрестного связывания алкоксидиборона с галоаренами: прямая процедура для арилбороновых эфиров». Журнал органической химии . 60 (23): 7508–7510. DOI : 10.1021 / jo00128a024 .
  18. ^ Кидвелл, RL; Мерфи, М .; Дарлинг, SD (1969). «Фенолы: 6-Метокси-2-нафтол» . Органический синтез . 49 : 90.; Сборник , 5 , с. 918
  19. ^ Washburn, Роберт М .; Левенс, Эрнест; Олбрайт, Чарльз Ф .; Биллиг, Франклин А. (1959). «Бензолбороновый ангидрид» . Органический синтез . 39 : 3.; Сборник , 4 , с. 68
  20. Перейти ↑ Chan, Dominic MT (2003). «Медь способствует перекрестному связыванию связей C – N и C – O с фенилом и пиридилборонатами». Буквы тетраэдра . 44 (19): 3863–3865. DOI : 10.1016 / S0040-4039 (03) 00739-1 .
  21. ^ Лам, Патрик Ю.С. (2003). «Промотируемое медью / катализируемое кросс-сочетанием связей C – N и C – O с винилбороновой кислотой и ее полезными свойствами». Буквы тетраэдра . 44 (26): 4927–4931. DOI : 10.1016 / S0040-4039 (03) 01037-2 .
  22. ^ Зибер, Джошуа Д. (2007). «Каталитическое сопряженное присоединение аллильных групп к стирил-активированным энонам». Журнал Американского химического общества . 129 (8): 2214–2215. CiteSeerX 10.1.1.624.3153 . DOI : 10.1021 / ja067878w . PMID 17266312 .  
  23. ^ Габриэла (2007). "Бензильное замещение граминов борными кислотами и родиевыми или иридиевыми катализаторами †". Органические буквы . 9 (6): 961–964. DOI : 10.1021 / ol063042m . PMID 17305348 . 
  24. ^ Мэттесон, Donald S. (1986). «99% -ный селективный синтез по хирали через сложные эфиры пинандиола и бороновой кислоты: феромоны насекомых, диолы и аминоспирт». Журнал Американского химического общества . 108 (4): 810–819. DOI : 10.1021 / ja00264a039 .
  25. Перейти ↑ Peng, Feng (2007). «Простые, стабильные и универсальные реактивы двойного аллилирования для стереоселективного получения соединений с различным скелетом». Журнал Американского химического общества . 129 (11): 3070–3071. DOI : 10.1021 / ja068985t . PMID 17315879 . 
  26. ^ Мэттесон, Donald S. (2003). «Новые асимметричные синтезы со сложными эфирами бороновой кислоты и фторборанами» (PDF) . Pure Appl. Chem . 75 (9): 1249–1253. DOI : 10.1351 / pac200375091249 . S2CID 15944330 .  
  27. ^ Кианмехр, Эбрахим; Яхьяи, Марьям; Табатабай, Катаюн (2007). «Мягкое превращение арилбороновых кислот и их пинаколилборонатных эфиров в фенолы с использованием гидроксиламина». Буквы тетраэдра . 48 (15): 2713–2715. DOI : 10.1016 / j.tetlet.2007.02.069 .
  28. ^ Исияма, Тацуо; Мурата, Мики; Ахико, Така-аки; Мияура, Норио (2000). «Бис (пинаколато) диборон» . Органический синтез . 77 : 176.; Сборник , 10 , стр. 115
  29. Перейти ↑ Takagi, Jun (2002). «Катализируемая иридием реакция сочетания C – H гетероароматических соединений с бис (пинаколато) дибороном: региоселективный синтез гетероарилборонатов». Буквы тетраэдра . 43 (32): 5649–5651. DOI : 10.1016 / S0040-4039 (02) 01135-8 . ЛВП : 2115/56222 .
  30. ^ Ишияма Тацуо (2002). «Мягкое катализируемое иридием борилирование аренов. Высокие числа оборачиваемости, реакции при комнатной температуре и выделение потенциального промежуточного продукта». Журнал Американского химического общества . 124 (3): 390–391. DOI : 10.1021 / ja0173019 . PMID 11792205 . 
  31. ^ Ишияма Тацуо (2003). «Борилирование аренов и гетероаренов при комнатной температуре с использованием стехиометрических количеств пинаколборана, катализируемое комплексами иридия в инертном растворителе». Химические коммуникации (23): 2924–5. DOI : 10.1039 / b311103b . hdl : 2115/56377 . PMID 14680243 . 
  32. ^ Мерфи, Жаклин М. (2007). "Мета-галогенирование 1,3-дизамещенных аренов посредством катализированного иридием борилирования арена". Журнал Американского химического общества . 129 (50): 15434–15435. DOI : 10.1021 / ja076498n . PMID 18027947 . 
  33. ^ Чжао, Цзяньчжан; Дэвидсон, Мэтью Дж .; Махон, Мэри Ф .; Коциок-Кён, Габриэле; Джеймс, Тони Д. (2004). «Энантиоселективный флуоресцентный датчик для сахарных кислот». Варенье. Chem. Soc . 126 (49): 16179–16186. DOI : 10.1021 / ja046289s . PMID 15584754 . 
  34. ^ Джеймс, Тони Д .; Филлипс, Маркус Д .; Синкай, Сэйдзи (2006). Бороновые кислоты в распознавании сахаридов . DOI : 10.1039 / 9781847557612 . ISBN 978-0-85404-537-2.
  35. ^ Роуэн, Стюарт Дж .; Cantrill, Стюарт Дж .; Казинс, Грэм Р.Л .; Сандерс, Джереми К.М.; Стоддарт, Дж. Фрейзер (2002). «Динамическая ковалентная химия». Angewandte Chemie International Edition . 41 (6): 898–952. DOI : 10.1002 / 1521-3773 (20020315) 41: 6 <898 :: АИД-ANIE898> 3.0.CO; 2-Е . PMID 12491278 . 
  36. ^ США 6850786 , Wayne Front марта, "Глазной датчик аналит", выданный 2005-02-01 

Внешние ссылки [ править ]

  • База данных бороновых кислот