本发明涉及有机化学领域，尤其涉及一种催化氮杂环化合物的硼氢化和硅氢化反应的方法。
背景技术：
二氢喹啉类衍生物不仅是一类非常重要的有机合成中间体，还因其具有抗炎、抗肿瘤等生物药理活性而被广泛应用于药物合成。由于其众多的生物药理活性，这类化合物的合成成为该领域的研究热点。
通常，制备二氢喹啉有以下两种方法：(1)使用碱金属或金属氢化物催化；(2)直接氢化。但是常规的制备方法存在一些问题，例如过度还原，反应条件苛刻，底物范围窄以及1,2-和1,4-加成产物难以分离。
因此，合成高效的金属催化剂催化喹啉类衍生物的硼氢化和硅氢化反应具有重要意义。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种催化氮杂环化合物的硼氢化和硅氢化反应的方法，本发明公开了一种金属锌配合物，采用其催化氮杂环化合物与硼烷或硅烷反应，可选择性生成1,2-加成硼氢化或硅氢化产物，操作简单，反应条件温和，且底物适用性广。
本发明的第一个目的是公开一种金属锌配合物，其结构式如式(1)或式(2)所示：
其中，r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7和r8分别独立地选自c1-c4烷基或卤素。
进一步地，c1-c4烷基为甲基、乙基、异丙基或叔丁基；卤素为氯或溴。
优选地，式(1)所示的金属锌配合物中，r1、r2、r3和r4均为叔丁基，即其结构式如下：
优选地，式(2)所示的金属锌配合物中，r5、r6、r7和r8均为叔丁基，即其结构式如下：
式(1)或式(2)所示的金属锌配合物的制备方法和路线分别如下：
将式(3)或式(4)所示的配体和znet2在有机溶剂中于30℃下反应，反应完全后在0℃下放置直至析出无色透明晶体，分别得到式(1)或式(2)所示的金属锌配合物；
本发明的第二个目的是公开式(1)或式(2)所示的金属锌配合物在催化氮杂环化合物的硼氢化或硅氢化反应中的应用；其中硼氢化反应的硼氢化试剂为频哪醇硼烷，硅氢化反应的硅氢化试剂为苯硅烷。
进一步地，氮杂环化合物含有1-2个氮杂环。
进一步地，氮杂环化合物中含有4-13个碳原子；氮杂环化合物为喹啉类化合物及其衍生物、嘧啶类化合物及其衍生物、菲啶类化合物及其衍生物、喹唑啉类化合物及其衍生物、苯并咪唑类化合物中的一种或几种。
进一步地，氮杂环化合物为喹啉、甲基喹啉、甲氧基喹啉、卤代喹啉、吖啶、异喹啉、甲基异喹啉、嘧啶、吡嗪、菲啶、喹唑啉或n-甲基苯并咪唑。
进一步地，硼氢化或硅氢化反应的反应温度为30-80℃(优选为30-40℃)，反应在氘代试剂中进行。
进一步地，氮杂环化合物、频哪醇硼烷或苯硅烷和金属锌配合物的摩尔比为10-20:10-20:1。
本发明中，频哪醇硼烷(hbpin)和苯硅烷的结构式依次如下：
进一步地，氮杂环化合物为喹啉、甲基喹啉、甲氧基喹啉、卤代喹啉、吖啶、异喹啉、甲基异喹啉、菲啶、喹唑啉或n-甲基苯并咪唑时，氮杂环化合物与频哪醇硼烷反应后生成含n-b共价键的一次加成产物。
进一步地，氮杂环化合物为嘧啶、吡嗪或喹唑啉时，氮杂环化合物与频哪醇硼烷反应后生成含n-b共价键的二次加成产物。
进一步地，氮杂环化合物为喹啉、甲基喹啉、甲氧基喹啉、卤代喹啉、吖啶、异喹啉、n-甲基苯并咪唑时，氮杂环化合物与苯硅烷反应后生成含n-si共价键的一次加成产物或二次加成产物。
进一步地，硼氢化或硅氢化反应的反应时间为1-48h。
进一步地，硼氢化或硅氢化反应在含有保护气氛的密闭条件及无水条件下反应。
进一步地，保护气氛为氩气气氛或氮气气氛。
进一步地，氘代试剂为氘代苯(c6d6)或者氘代氯苯(c6cld5)。
本发明的第三个目的是公开一种催化氮杂环化合物的硼氢化反应的方法，包括以下步骤：
在保护气氛的作用下，将氮杂环化合物与频哪醇硼烷在上述式(1)所示的金属锌配合物的催化作用下，在氘代试剂中于30-80℃(优选为30-40℃)下进行反应；氮杂环化合物、频哪醇硼烷和金属锌配合物的摩尔比为10-20:10-20:1。
本发明的第四个目的是公开一种催化氮杂环化合物的硅氢化反应的方法，包括以下步骤：
在保护气氛的作用下，将氮杂环化合物与苯硅烷在上述式(1)所示的金属锌配合物的催化作用下，在氘代试剂中于30-80℃(优选为30-40℃)下进行反应；氮杂环化合物、苯硅烷和金属锌配合物的摩尔比为10-20:10-20:1。
本发明中，以反应底物为喹啉为例，式(1)所示的金属锌配合物(简称[zn]-et)催化氮杂环化合物的硼氢化反应的反应原理如下：首先，金属锌配合物与hbpin反应得到a，喹啉与a配位成b后，喹啉的c＝n键与a的zn-h键发生加成反应，形成二氢喹啉锌中间体c。接着c与一分子hbpin发生复分解反应，通过过渡态d得到目标产物和a，完成催化循环。具体原理的路线如下：
当氢化试剂为苯硅烷时，反应机理同上。
本发明中，以反应底物为喹啉为例，式(1)所示的金属锌配合物(简称[zn]-et)催化氮杂环化合物的硅氢化反应的反应原理如下：[zn]-et与苯硅烷反应生成zn-h化合物，喹啉的c＝n键与zn-h键加成，再与一分子苯硅烷发生复分解反应，得到加成产物，同时再生zn-h化合物。与硼烷反应不同的是，喹啉与硅烷的反应经过两次加成，得到两次加成的产物。
式(2)所示的金属锌配合物催化氮杂环化合物的硼氢化或硅氢化反应的机理与式(1)所示的金属锌配合物近似。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
本发明金属锌配合物制备方法简单，反应操作简便。
本发明还公开了上述金属锌配合物在催化氮杂环化合物的硼氢化或硅氢化反应中的应用，采用该催化剂，使得氮杂环化合物的硼氢化或硅氢化反应的反应条件较为温和，且可选择性生成1,2-加成产物，产率较高，且底物适用范围较广。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合详细附图说明如后。
附图说明
图1是本发明所使用金属锌配合物核磁氢谱；
图2是本发明所使用金属锌配合物核磁氢谱；
图3是本发明实施例1合成的硼氢化产物核磁氢谱；
图4是本发明实施例2合成的硼氢化产物核磁氢谱；
图5是本发明实施例3合成的硼氢化产物核磁氢谱；
图6是本发明实施例4合成的硼氢化产物核磁氢谱；
图7是本发明实施例5合成的硼氢化产物核磁氢谱；
图8是本发明实施例6合成的硼氢化产物核磁氢谱；
图9是本发明实施例7合成的硼氢化产物核磁氢谱；
图10是本发明实施例8合成的硼氢化产物核磁氢谱；
图11是本发明实施例9合成的硼氢化产物核磁氢谱；
图12是本发明实施例10合成的硼氢化产物核磁氢谱；
图13是本发明实施例11合成的硼氢化产物核磁氢谱；
图14是本发明实施例12合成的硅氢化产物核磁氢谱；
图15是本发明实施例13合成的硅氢化产物核磁氢谱；
图16是本发明实施例14合成的硅氢化产物核磁氢谱；
图17是本发明实施例15合成的硅氢化产物核磁氢谱；
图18是本发明实施例16合成的硅氢化产物核磁氢谱；
图19是本发明实施例17合成的硅氢化产物核磁氢谱。
图20是本发明实施例18合成的硼氢化产物核磁氢谱。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如无特殊说明，本发明以下实施例1-17中，所使用的催化剂金属锌配合物的制备方法如下：
按照以上反应路线中的原料，在反应瓶中称取配体(1.57g，3mmol)，加入20ml己烷，搅拌溶解后，加入znet2的己烷溶液(3ml,3mmol)，30℃下搅拌过夜，将反应液浓缩至5ml，0℃下放置若天后析出无色透明晶体(1.67g,90％)。产物的核磁氢谱如图1所示。
本发明实施例18中，所使用的催化剂金属锌配合物的制备方法如下：
按照以上反应路线中的原料，在反应瓶中称取配体(3mmol)，加入20ml己烷，搅拌溶解后，加入znet2的己烷溶液(3mmol)，30℃下搅拌过夜，将反应液浓缩至5ml，0℃下放置若天后析出无色透明晶体(1.61g,85％)。产物的核磁氢谱如图2所示。
实施例1
本实施例提供了一种利用10mol％金属锌配合物在30℃条件下催化喹啉和频哪醇硼烷的硼氢化反应的方法，具体步骤如下：
将12.3mg(0.02mmol)的金属锌配合物溶解在0.5mlc6d6中，向溶液中加入29μl(0.2mmol)频哪醇硼烷和35.5μl(0.3mmol)喹啉，封管，在无水无氧并采用氩气保护的条件下，30℃条件下反应12h。反应结束后，向反应液加入27.4mg(0.1mmol)三苯基甲基硅烷，以其作为内标物，计算得到目标产物核磁收率为92％，其中1,2-与1,4-加成产物的比例是22:1。
目标产物结构式如下：
实施例2
本实施例提供了一种利用10mol％金属锌配合物在30℃条件下催化3-甲基喹啉和频哪醇硼烷的硼氢化反应的方法，具体步骤如下：
将12.3mg(0.02mmol)的金属锌配合物溶解在0.5mlc6d6中，向溶液中加入29μl(0.2mmol)频哪醇硼烷和40.0μl(0.3mmol)3-甲基喹啉，封管，在无水无氧并采用氩气保护的条件下，30℃条件下反应1h。反应结束后，向反应液加入27.4mg(0.1mmol)三苯基甲基硅烷，以其作为内标物，计算得到目标产物核磁收率92％。目标产物结构式如下：
实施例3
本实施例提供了一种利用10mol％金属锌配合物在30℃条件下催化3-氯喹啉和频哪醇硼烷的硼氢化反应的方法，具体步骤如下：
将12.3mg(0.02mmol)的金属锌配合物溶解在0.5mlc6d6中，向溶液中加入29μl(0.2mmol)频哪醇硼烷和38.6μl(0.3mmol)3-氯喹啉，封管，在无水无氧并采用氩气保护的条件下，30℃条件下反应2h。反应结束后，向反应液加入27.4mg(0.1mmol)三苯基甲基硅烷，以其作为内标物，计算得到目标产物核磁收率90％。目标产物结构式如下：
实施例4
本实施例提供了一种利用10mol％金属锌配合物在30℃条件下催化4-甲氧基喹啉和频哪醇硼烷的硼氢化反应的方法，具体步骤如下：
将12.3mg(0.02mmol)的金属锌配合物溶解在0.5mlc6d6中，向溶液中加入29μl(0.2mmol)频哪醇硼烷和42.6μl(0.3mmol)4-甲氧基喹啉，封管，在无水无氧并采用氩气保护的条件下，30℃条件下反应1.5h。反应结束后，向反应液加入27.4mg(0.1mmol)三苯基甲基硅烷，以其作为内标物，计算得到目标产物核磁收率97％。目标产物结构式如下：
实施例5
本实施例提供了一种利用10mol％金属锌配合物在30℃条件下催化异喹啉和频哪醇硼烷的硼氢化反应的方法，具体步骤如下：
将12.3mg(0.02mmol)的金属锌配合物溶解在0.5mlc6d6中，向溶液中加入29μl(0.2mmol)频哪醇硼烷和35.3μl(0.3mmol)异喹啉，封管，在无水无氧并采用氩气保护的条件下，30℃条件下反应1.5h。反应结束后，向反应液加入27.4mg(0.1mmol)三苯基甲基硅烷，以其作为内标物，计算得到目标产物核磁收率97％。目标产物结构式如下：
实施例6
本实施例提供了一种利用10mol％金属锌配合物在30℃条件下催化菲啶和频哪醇硼烷的硼氢化反应的方法，具体步骤如下：
将12.3mg(0.02mmol)的金属锌配合物溶解在0.5mlc6d6中，向溶液中加入29μl(0.2mmol)频哪醇硼烷和53.8mg(0.3mmol)菲啶，封管，在无水无氧并采用氩气保护的条件下，30℃条件下反应8h。反应结束后，向反应液加入27.4mg(0.1mmol)三苯基甲基硅烷，以其作为内标物，计算得到目标产物核磁收率96％。目标产物结构式如下：
实施例7
本实施例提供了一种利用10mol％金属锌配合物在30℃条件下催化吖啶和频哪醇硼烷的硼氢化反应的方法，具体步骤如下：
将12.3mg(0.02mmol)的金属锌配合物溶解在0.5mlc6d6中，向溶液中加入29μl(0.2mmol)频哪醇硼烷和53.8mg(0.3mmol)吖啶，封管，在无水无氧并采用氩气保护的条件下，30℃条件下反应4h。反应结束后，向反应液加入27.4mg(0.1mmol)三苯基甲基硅烷，以其作为内标物，计算得到目标产物核磁收率96％。目标产物结构式如下：
实施例8
本实施例提供了一种利用10mol％金属锌配合物在30℃条件下催化嘧啶和频哪醇硼烷的硼氢化反应的方法，具体步骤如下：
将12.3mg(0.02mmol)的金属锌配合物溶解在0.5mlc6d6中，向溶液中加入58μl(0.4mmol)频哪醇硼烷和15.8μl(0.2mmol)嘧啶，封管，在无水无氧并采用氩气保护的条件下，30℃条件下反应12h。反应结束后，向反应液加入27.4mg(0.1mmol)三苯基甲基硅烷，以其作为内标物，计算得到目标产物核磁收率99％。目标产物结构式如下：
实施例9
本实施例提供了一种利用10mol％金属锌配合物在30℃条件下催化吡嗪和频哪醇硼烷的硼氢化反应的方法，具体步骤如下：
将12.3mg(0.02mmol)的金属锌配合物溶解在0.5mlc6d6中，向溶液中加入58μl(0.4mmol)频哪醇硼烷和15.6μl(0.2mmol)吡嗪，封管，在无水无氧并采用氩气保护的条件下，30℃条件下反应12h。反应结束后，向反应液加入27.4mg(0.1mmol)三苯基甲基硅烷，以其作为内标物，计算得到目标产物核磁收率99％。目标产物结构式如下：
实施例10
本实施例提供了一种利用10mol％金属锌配合物在30℃条件下催化喹唑啉和频哪醇硼烷的硼氢化反应的方法，具体步骤如下：
将12.3mg(0.02mmol)的金属锌配合物溶解在0.5mlc6d6中，向溶液中加入58μl(0.4mmol)频哪醇硼烷和26.0mg(0.2mmol)喹唑啉，封管，在无水无氧并采用氩气保护的条件下，30℃条件下反应24h。反应结束后，向反应液加入27.4mg(0.1mmol)三苯基甲基硅烷，以其作为内标物，计算得到目标产物核磁收率95％。目标产物结构式如下：
实施例11
本实施例提供了一种利用10mol％金属锌配合物在30℃条件下催化n-甲基苯并咪唑和频哪醇硼烷的硼氢化反应的方法，具体步骤如下：
将12.3mg(0.02mmol)的金属锌配合物溶解在0.5mlc6d6中，向溶液中加入29μl(0.2mmol)频哪醇硼烷和39.6mg(0.3mmol)n-甲基苯并咪唑，封管，在无水无氧并采用氩气保护的条件下，30℃条件下反应6h。反应结束后，向反应液加入27.4mg(0.1mmol)三苯基甲基硅烷，以其作为内标物，计算得到目标产物核磁收率94％。目标产物结构式如下：
实施例12
本实施例提供了一种利用10mol％金属锌配合物在30℃条件下催化喹啉和苯硅烷的硅氢化反应的方法，具体步骤如下：
将12.3mg(0.02mmol)的金属锌配合物溶解在0.5mlc6d6中，向溶液中加入25μl(0.2mmol)苯硅烷和47.2μl(0.4mmol)喹啉，封管，在无水无氧并采用氩气保护的条件下，30℃条件下反应24h。反应结束后，向反应液加入13.7mg(0.05mmol)三苯基甲基硅烷，以其作为内标物，计算得到目标产物核磁收率76％。目标产物结构式如下：
实施例13
本实施例提供了一种利用10mol％金属锌配合物在30℃条件下催化4-甲基喹啉和苯硅烷的硅氢化反应的方法，具体步骤如下：
将12.3mg(0.02mmol)的金属锌配合物溶解在0.5mlc6d6中，向溶液中加入25μl(0.2mmol)苯硅烷和53μl(0.4mmol)4-甲基喹啉，封管，在无水无氧并采用氩气保护的条件下，30℃条件下反应24h。反应结束后，向反应液加入13.7mg(0.05mmol)三苯基甲基硅烷，以其作为内标物，计算得到目标产物核磁收率88％。目标产物结构式如下：
实施例14
本实施例提供了一种利用10mol％金属锌配合物在30℃条件下催化6-氯喹啉和苯硅烷的硅氢化反应的方法，具体步骤如下：
将12.3mg(0.02mmol)的金属锌配合物溶解在0.5mlc6d6中，向溶液中加入25μl(0.2mmol)苯硅烷和65.4mg(0.4mmol)6-氯喹啉，封管，在无水无氧并采用氩气保护的条件下，30℃条件下反应24h。反应结束后，向反应液加入13.7mg(0.05mmol)三苯基甲基硅烷，以其作为内标物，计算得到目标产物核磁收率82％。目标产物结构式如下：
实施例15
本实施例提供了一种利用10mol％金属锌配合物在30℃条件下催化异喹啉和苯硅烷的硅氢化反应的方法，具体步骤如下：
将12.3mg(0.02mmol)的金属锌配合物溶解在0.5mlc6d6中，向溶液中加入25μl(0.2mmol)苯硅烷和47μl(0.4mmol)异喹啉，封管，在无水无氧并采用氩气保护的条件下，30℃条件下反应2h。反应结束后，向反应液加入13.7mg(0.05mmol)三苯基甲基硅烷，以其作为内标物，计算得到目标产物核磁收率95％。目标产物结构式如下：
实施例16
本实施例提供了一种利用10mol％金属锌配合物在30℃条件下催化吖啶和苯硅烷的硅氢化反应的方法，具体步骤如下：
将12.3mg(0.02mmol)的金属锌配合物溶解在0.5mlc6d6中，向溶液中加入25μl(0.2mmol)苯硅烷和71.7mg(0.4mmol)吖啶，封管，在无水无氧并采用氩气保护的条件下，30℃条件下反应3d。反应结束后，向反应液加入13.7mg(0.05mmol)三苯基甲基硅烷，以其作为内标物，计算得到目标产物核磁收率87％。目标产物结构式如下：
实施例17
本实施例提供了一种利用10mol％金属锌配合物在30℃条件下催化n-甲基苯并咪唑和苯硅烷的硅氢化反应的方法，具体步骤如下：
将12.3mg(0.02mmol)的金属锌配合物溶解在0.5mlc6d6中，向溶液中加入25μl(0.2mmol)苯硅烷和52.9mg(0.4mmol)n-甲基苯并咪唑，封管，在无水无氧并采用氩气保护的条件下，30℃条件下反应24h。反应结束后，向反应液加入13.7mg(0.05mmol)三苯基甲基硅烷，以其作为内标物，计算得到目标产物核磁收率85％。目标产物结构式如下：
实施例18
本实施例提供了一种利用10mol％金属锌配合物在30℃条件下催化喹啉和频哪醇硼烷的硼氢化反应的方法，具体步骤如下：
将12.6mg(0.02mmol)的金属锌配合物溶解在0.5mlc6d6中，向溶液中加入29μl(0.2mmol)频哪醇硼烷和35.5μl(0.3mmol)喹啉，封管，在无水无氧并采用氩气保护的条件下，30℃条件下反应48h。反应结束后，向反应液加入27.4mg(0.1mmol)三苯基甲基硅烷，以其作为内标物，计算得到目标产物核磁收率为80％，其中1,2-与1,4-加成产物的比例是9:1。
目标产物结构式如下：
以上仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
1.一种金属锌配合物，其特征在于，其结构式如式(1)或式(2)所示：
其中，r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7和r8分别独立地选自c1-c4烷基或卤素。
2.根据权利要求1所述的金属锌配合物，其特征在于：所述c1-c4烷基为甲基、乙基、异丙基或叔丁基；所述卤素为氯或溴。
3.根据权利要求1所述的金属锌配合物，其特征在于：r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7和r8均为叔丁基。
4.权利要求1-3中任一项所述的金属锌配合物在催化氮杂环化合物的硼氢化或硅氢化反应中的应用；其中硼氢化反应的硼氢化试剂为频哪醇硼烷，硅氢化反应的硅氢化试剂为苯硅烷。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述氮杂环化合物含有1-2个氮杂环。
6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述氮杂环化合物中含有4-13个碳原子；所述氮杂环化合物为喹啉类化合物及其衍生物、嘧啶类化合物及其衍生物、菲啶类化合物及其衍生物、喹唑啉类化合物及其衍生物、苯并咪唑类化合物中的一种或几种。
7.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述氮杂环化合物为喹啉、甲基喹啉、甲氧基喹啉、卤代喹啉、吖啶、异喹啉、甲基异喹啉、嘧啶、吡嗪、菲啶、喹唑啉或n-甲基苯并咪唑。
8.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：硼氢化或硅氢化反应的反应温度为30-80℃，反应在氘代试剂中进行。
9.一种催化氮杂环化合物的硼氢化反应的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在保护气氛的作用下，将氮杂环化合物与频哪醇硼烷在权利要求1-3中任一项所述的金属锌配合物的催化作用下，在氘代试剂中于30-80℃下进行反应；所述氮杂环化合物、频哪醇硼烷和金属锌配合物的摩尔比为10-20:10-20:1。
10.一种催化氮杂环化合物的硅氢化反应的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在保护气氛的作用下，将氮杂环化合物与苯硅烷在权利要求1-3中任一项所述的金属锌配合物的催化作用下，在氘代试剂中于30-80℃下进行反应；所述氮杂环化合物、苯硅烷和金属锌配合物的摩尔比为10-20:10-20:1。
技术总结