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二茂鐵結(jié)構(gòu)的公開是化學(xué)領(lǐng)域的一次重要突破，促進(jìn)了近代金屬有機(jī)化學(xué)的誕生和發(fā)展。二茂鐵迅速吸引了科學(xué)家們對(duì)其迷人化學(xué)性質(zhì)的思考。研究人員開始開發(fā)使用二茂鐵衍生物的合成方法，并發(fā)現(xiàn)它們?cè)诳茖W(xué)領(lǐng)域中廣泛的用途。事實(shí)上，在二茂鐵發(fā)現(xiàn)60多年后，二茂鐵化學(xué)仍然是一個(gè)非?；钴S的研究領(lǐng)域。這種對(duì)二茂鐵長(zhǎng)期持續(xù)性關(guān)注的原因是多方面的。首先，二茂鐵具有完美的三明治式結(jié)構(gòu)，這一點(diǎn)打破了人們關(guān)于金屬－碳鍵性質(zhì)的傳統(tǒng)認(rèn)知。另一方面，二茂鐵及其衍生物對(duì)水分、氧和許多化學(xué)品顯示出不尋常的穩(wěn)定性，以及具有其它獨(dú)特的電化學(xué)性質(zhì)。目前，在分子中引入二茂鐵基的常用試劑包括二茂鐵、二茂鐵甲醛等，以上試劑多用于碳－碳鍵的形成。二茂鐵硼酸作為一種商品化的試劑，不僅可以用于碳－碳鍵的構(gòu)建，還可以用于硼－硅鍵、碳－硫鍵等包含雜原子的化學(xué)鍵的構(gòu)建。同時(shí)，相比其他二茂鐵試劑二茂鐵硼酸在過渡金屬催化的偶聯(lián)反應(yīng)中，在反應(yīng)步驟和原子經(jīng)濟(jì)性上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此，二茂鐵硼酸廣泛應(yīng)用于二茂鐵衍生物的合成中。
一種合成二茂鐵硼酸的方法，具體步驟如下：
a)二茂鐵鋰鹽的合成：以二茂鐵為原料，在無水醚類溶劑中與正丁基鋰在0?40度反應(yīng)得到二茂鐵的鋰鹽；
b)二茂鐵硼酸的合成：在?78～?50度將B(OR)3加入到a)的二茂鐵的鋰鹽溶液中，其中R為烷基，加入完畢后自然升溫到室溫，攪拌2?15小時(shí)，然后加入堿性水溶液淬滅未反應(yīng)完的正丁基鋰，分液，有機(jī)相用堿性水溶液洗一次，水相用酸調(diào)PH=6?7，析出二茂鐵硼酸粗品，抽濾用水洗兩次得到1?二茂鐵一硼酸和1，1’?二茂鐵二硼酸的混合物；
1.二茂鐵硼酸與碘代芳烴的偶聯(lián)反應(yīng)
有研究報(bào)道二茂鐵硼酸與碘代芳烴制備手性不對(duì)稱取代聯(lián)萘的偶聯(lián)反應(yīng)，該試驗(yàn)以四三苯基膦鈀為催化劑，碳酸鈉作為堿，反應(yīng)溶劑為二氧六環(huán)／水混合溶劑體系，反應(yīng)溫度為109～120℃，反應(yīng)4天，得到偶聯(lián)產(chǎn)物3產(chǎn)率為27％。該課題組還在相似的反應(yīng)條件下，磷酸鉀作為堿，反應(yīng)溫度為70℃，使二茂鐵硼酸1和二碘代芳烴4進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)，得到偶聯(lián)產(chǎn)物5，產(chǎn)率為38％。雖然，該方法產(chǎn)率一般，但是利用二茂鐵硼酸的偶聯(lián)反應(yīng)是合成手型不對(duì)稱聯(lián)萘化合物的最短最經(jīng)濟(jì)的合成路線。
2. 二茂鐵硼酸與溴代芳烴的偶聯(lián)反應(yīng)
利用二茂鐵硼酸6與溴代蒽醌9反應(yīng)制備了二茂鐵基蒽醌10，產(chǎn)率為91％。反應(yīng)條件為：催化劑為Ｐｄ（ＰＰh3）4，堿為碳酸鉀，溶劑為ＤＭＦ，回流20min后避光室溫?cái)嚢?天。該報(bào)道首次利用二茂鐵基蒽醌直接聚合生成蒽的多硫化物聚合物。2015年報(bào)道了二茂鐵硼酸6與二溴代芳烴11的偶聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)以氫氧化鈉為堿，溶劑為二氧六環(huán)，回流16h獲得了良好的產(chǎn)率。該反應(yīng)產(chǎn)物12可以通過硫醚調(diào)控兩個(gè)二茂鐵間的空間作用。
1) 二茂鐵硼酸與碘代雜環(huán)芳烴的偶聯(lián)反應(yīng)
利用二茂鐵硼酸6與碘代吡啶21發(fā)生的偶聯(lián)反應(yīng)制備了芳基取代吡啶22，反應(yīng)碳酸氫鉀作為堿，反應(yīng)溫度為110℃，產(chǎn)率為88％。實(shí)驗(yàn)證明，利用二茂鐵硼酸參與的偶聯(lián)反應(yīng)制備芳基取代吡啶具有很好的反應(yīng)收率和官能團(tuán)相容性，是一種簡(jiǎn)便高效的合成方法。
2) 二茂鐵硼酸與溴代雜環(huán)芳烴的偶聯(lián)反應(yīng)
利用1，1’－二茂鐵二硼酸6ａ和3－溴吡啶23反應(yīng)制備了二吡啶取代的二茂鐵24。反應(yīng)條件為：碳酸鈉和氫氧化鈉為堿，反應(yīng)溶劑為二氧六環(huán)／水，反應(yīng)回流24h，收率為68％。研究表明，由于π－π堆疊作用，反應(yīng)產(chǎn)物中的吡啶取代基處于π－堆疊的旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體優(yōu)勢(shì)構(gòu)象；當(dāng)產(chǎn)物24被季銨化后，由于靜電斥力作用吡啶鎓基團(tuán)處于從π－堆疊完全旋轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象。這類化合物在開發(fā)和構(gòu)建靜電驅(qū)動(dòng)的二茂鐵平臺(tái)分子馬達(dá)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
3. 二茂鐵硼酸參與的其他反應(yīng)
1)二茂鐵硼酸與芳香醛的反應(yīng)
二茂鐵硼酸與芳香醛的親核加成反應(yīng)：一鍋法二茂鐵硼酸6與苯甲醛的不對(duì)稱親核加成反應(yīng)。反應(yīng)首先利用二茂鐵硼酸與二乙基鋅進(jìn)行金屬轉(zhuǎn)移反應(yīng)，生成二茂鐵基鋅試劑。隨后在手性聯(lián)萘衍生的氨基醇31誘導(dǎo)下二茂鐵鋅試劑與苯甲醛發(fā)生不對(duì)稱親核加成反應(yīng)，生成手性二芳基醇32，反應(yīng)收率為91％，ee為61（S），反應(yīng)過程見圖。
通常，為了獲得更高的對(duì)映選擇性，二芳基鋅試劑的制備需要利用鋰試劑格式試劑進(jìn)行金屬轉(zhuǎn)移反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，這是十分困難的。由于鋰和鎂中間體具有很高的反應(yīng)活性，許多官能化的二芳基鋅試劑還無法制備。而利用芳基硼酸與二乙基鋅成功實(shí)現(xiàn)了二芳基鋅試劑的制備；通過改變親核試劑和醛的結(jié)構(gòu)，可以一步制備不對(duì)稱二芳基甲醇，該反應(yīng)方法在生物醫(yī)藥領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
二茂鐵硼酸與芳香醛的偶聯(lián)反應(yīng)：二茂鐵硼酸6與芳香醛反應(yīng)制備二茂鐵醇酯的反應(yīng)。反應(yīng)是以Ｎ－雜環(huán)卡賓33為催化劑，碳酸銫為堿，甲苯為溶劑，在空氣中反應(yīng)3～6h，反應(yīng)溫度為50℃或70℃，產(chǎn)物具有中等的反應(yīng)收率，反應(yīng)式見圖5。通常二茂鐵醇酯是通過碘代二茂鐵和羧酸在銅（II）催化下反應(yīng)制備的。利用報(bào)道的方法制備了一系列其他反應(yīng)無法合成的二茂鐵醇酯類化合物。首先卡賓與芳香醛的羰基發(fā)生插入反應(yīng)生成中間體II，隨后中間體II與氧氣和硼酸反應(yīng)生成中間體II，中間體II中的芳基快速地向過氧鍵轉(zhuǎn)移并形成硼酸鹽陰離子（Ⅲ）。最后，中間體Ⅲ分解為目標(biāo)產(chǎn)物和硼酸，卡賓回到催化循環(huán)中。
2）二茂鐵硼酸與烷基硅醇的反應(yīng)
利用二茂鐵硼酸6與叔丁基硅烷三醇34發(fā)生脫水反應(yīng)生成籠狀硼硅氧烷化合物35。反應(yīng)式見圖。
該反應(yīng)條件為甲苯回流15h，反應(yīng)收率為82％。該類三維化合物可用于分子支架的可控制備。
3）二茂鐵硼酸與芳基硫代磺酸鈉的反應(yīng)
2015年報(bào)道了二茂鐵硼酸6與對(duì)氯苯基硫代硫酸鈉36之間的銅（II）催化直接氧化交叉偶聯(lián)反應(yīng)。反應(yīng)式見圖：
反應(yīng)條件為：以氯化亞銅為催化劑，氧化劑為DTBP，其他添加劑為Ａ碳酸銀、磷酸鉀和鄰菲羅啉，反應(yīng)溶劑為DMF，在80℃下反應(yīng)7h，產(chǎn)物37收率為62％。研究表明，二氧化碳能夠有效抑制副產(chǎn)物二硫化物的生成。該反應(yīng)為開發(fā)新的含硫二茂鐵配體提供了有效途徑。
4）二茂鐵硼酸與三氟乙酸鹽的反應(yīng)
有研究報(bào)道了二茂鐵硼酸6與三氟乙酸金絡(luò)合物38制備金屬環(huán)硼氧烷的反應(yīng)。反應(yīng)以KtOBu為堿，甲苯為溶劑，在室溫下反應(yīng)3h，產(chǎn)物39收率為72％。金屬環(huán)硼烷衍生物通常由重金屬催化的偶聯(lián)反應(yīng)或高溫加熱反應(yīng)制備，本研究提供了一種簡(jiǎn)便、溫和、高效的金（Ⅲ）環(huán)硼烷衍生物的制備方法。
[1] 二茂鐵硼酸在合成反應(yīng)中的研究進(jìn)展
[2] CN201210104766.5一種合成二茂鐵硼酸酯的新方法