聚合物微球固载的催化剂TEMPO在分子氧氧化环己醇过程中的催化特性（英文）

醇氧化为羰基化合物是有机合成工业中最重要的化学转变之一,在实验室研究和精细化工生产中都占有非常重要的地位.使用传统的化学计量强氧化剂(如Cr O3,KMnO4,MnO2等),不但成本高及反应条件苛刻,还会产生大量污染环境的废弃物.因此,需要大力发展高效、绿色化的醇转变为羰基化合物的氧化途径.以2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基(TEMPO)为催化剂,分子氧为氧化剂,可在温和条件下绿色化地实现醇的氧化转变.该催化氧化作用的实质是TEMPO经过单电子氧化过程转化为相应的氮羰基阳离子,该阳离子是一个具有强氧化性的氧化剂,可将伯醇和仲醇分别快速地、高转化率、高选择性地氧化为对应的醛或酮.然而,目前使用的TEMPO大多为均相催化剂,虽然表现出良好的催化活性和选择性,但反应后难以分离回收,不能再循环使用,严重制约着这一催化体系的发展.本文将TEMPO化学键合在聚合物载体上,在非均相催化剂的作用下,以期实现环已醇的分子氧氧化,将其转变为环已酮.首先采用悬浮聚合法,制备了交联聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(CPGMA)微球,该聚合物微球表面含有大量环氧基团,为实现TEMPO的固载化提供了条件.以4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基(4-OH-TEMPO)为试剂,使CPGMA微球表面的环氧基团发生开环反应,从而将TEMPO键合于微球表面,制得了固载有TEMPO的聚合物微球TEMPO/CPGMA.将此非均相催化剂与Fe(NO3)3组成共催化体系,应用于分子氧氧化环己醇的催化氧化过程,深入考察了该共催化体系的催化性能,并探索研究了催化氧化机理,考察了主要条件对催化氧化反应的影响.结果表明,共催化体系TEMPO/CPGMA+Fe(NO3)3可以有效地催化分子氧氧化环己醇的氧化过程,将环己醇转化为唯一的产物环己酮,显示出良好的催化选择性.助催化剂Fe(NO3)3化学结构中的Fe3+离子和NO3–离子两种物种均参与催化过程,共同发挥助催化剂的作用,伴随着两种价态铁物种Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)的转变以及NO3–与NO2–之间的转变,固载化的氮氧自由基TEMPO不断地转变为氮羰基阳离子,该氧化剂物种使环己醇的氧化反应不断地循环进行.对于共催化体系TEMPO/CPGMA+Fe(NO3)3的使用,适宜的反应条件为TEMPO与Fe(NO3)3的摩尔比为1:1,55°C,通入常压O2.反应35 h,环己酮的转化率可达到44.1%.因此,在温和条件下,使用固载化的TEMPO,有效地实现了环己醇向环己酮的转化.此外,固载化催化剂TEMPO/CPGMA在循环使用过程中表现出良好的重复使用性能.     

聚合物微球固载的催化剂TEMPO在分子氧氧化环己醇过程中的催化特性

醇氧化为羰基化合物是有机合成工业中最重要的化学转变之一,在实验室研究和精细化工生产中都占有非常重要的地位.使用传统的化学计量强氧化剂(如CrO3, KMnO4, MnO2等),不但成本高及反应条件苛刻,还会产生大量污染环境的废弃物.因此,需要大力发展高效、绿色化的醇转变为羰基化合物的氧化途径.以2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基(TEMPO)为催化剂,分子氧为氧化剂,可在温和条件下绿色化地实现醇的氧化转变.该催化氧化作用的实质是TEMPO经过单电子氧化过程转化为相应的氮羰基阳离子,该阳离子是一个具有强氧化性的氧化剂,可将伯醇和仲醇分别快速地、高转化率、高选择性地氧化为对应的醛或酮.然而,目前使用的TEMPO大多为均相催化剂,虽然表现出良好的催化活性和选择性,但反应后难以分离回收,不能再循环使用,严重制约着这一催化体系的发展.本文将TEMPO化学键合在聚合物载体上,在非均相催化剂的作用下,以期实现环已醇的分子氧氧化,将其转变为环已酮.首先采用悬浮聚合法,制备了交联聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(CPGMA)微球,该聚合物微球表面含有大量环氧基团,为实现TEMPO的固载化提供了条件.以4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基(4-OH-TEMPO)为试剂,使CPGMA微球表面的环氧基团发生开环反应,从而将TEMPO键合于微球表面,制得了固载有TEMPO的聚合物微球TEMPO/CPGMA.将此非均相催化剂与Fe(NO3)3组成共催化体系,应用于分子氧氧化环己醇的催化氧化过程,深入考察了该共催化体系的催化性能,并探索研究了催化氧化机理,考察了主要条件对催化氧化反应的影响.结果表明,共催化体系TEMPO/CPGMA+Fe(NO3)3可以有效地催化分子氧氧化环己醇的氧化过程,将环己醇转化为唯一的产物环己酮,显示出良好的催化选择性.助催化剂Fe(NO3)3化学结构中的Fe3+离子和NO3–离子两种物种均参与催化过程,共同发挥助催化剂的作用,伴随着两种价态铁物种Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)的转变以及NO3–与NO2–之间的转变,固载化的氮氧自由基TEMPO不断地转变为氮羰基阳离子,该氧化剂物种使环己醇的氧化反应不断地循环进行.对于共催化体系TEMPO/CPGMA+Fe(NO3)3的使用,适宜的反应条件为TEMPO与Fe(NO3)3的摩尔比为1：1,55°C,通入常压O2.反应35 h,环己酮的转化率可达到44.1%.因此,在温和条件下,使用固载化的TEMPO,有效地实现了环己醇向环己酮的转化.此外,固载化催化剂TEMPO/CPGMA在循环使用过程中表现出良好的重复使用性能.     

TEMPO/固载化席夫碱铜配合物共催化剂在分子氧氧化苯甲醇过程中的催化性能

通过大分子反应,将苯甲醛(BA)和邻氨基苯酚(AP)形成的双齿席夫碱配基键合在交联聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(CPGMA)微球表面,形成固载有席夫碱配基的载体微球BAAP-CPGMA,再通过与铜盐的配位螯合反应,制备了固载有席夫碱铜配合物的微球[Cu(BAAP)2]-CPGMA.将该固载化铜配合物与均相的2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基(TEMPO)构成共催化体系TEMPO/[Cu(BAAP)2]-CPGMA,应用于分子氧氧化苯甲醇的催化氧化过程.我们考察了该共催化体系的催化性能,并探索研究了催化氧化机理.实验结果表明,共催化体系TEMPO/[Cu(BAAP)2]-CPGMA可在温和条件下(室温、常压的氧气)高效地将苯甲醇氧化为苯甲醛(选择性100%,苯甲醛产率93%),并具有良好的循环使用性能.     

2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基促进的钒基催化剂催化苯直接氧化制苯酚

以钒基化合物为催化剂,在TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基)存在下,能形成快速催化分子氧氧化苯制苯酚的催化体系.在反应过程中,由类似芬顿试剂反应过程生成的羟基自由基亲核进攻苯环,形成羟基环己二烯自由基;该羟基氢可在TEMPO存在的催化体系中消除,同时苯环氢可立即转移至氧原子而生成苯酚.在以[(CH3)...     

吸附NOx的功能化硅胶用于催化温和条件下醇的选择性氧化

利用接枝方式将2,2,6,6-四甲基哌啶(TEMPO)固载到SPE柱填料硅胶上制备了功能化硅胶,其吸附NO_x应用于催化醇的选择性氧化反应中. 并利用元素分析、红外光谱、N₂吸附-脱附和NO_x程序升温脱附对催化剂进行了考察. 结果表明,所制备催化剂中TEMPO固载量为0.292 mmol/g,NO_x吸附量为0.749 mmol/g; 常温常压下1 mmol芳香醇在0.5g该催化剂作用下进行选择性氧化反应2h,原料转化率和产物选择性均高达99%. 该催化剂提高了醇分子在孔道内部与TEMPO和NO_x接触几率,促进了反应进行,根据反应现象,对该体系催化机理进行了推测.     

氮氧自由基TEMPO：选择氧化醇的高效有机小分子催化剂*

醇被氧化为相应的醛或酮是有机合成中重要的官能团转换反应之一。自从Anelli法（TEMPO/NaBr/NaOCl）发现以来,由于所具有的醇被氧化为相应的醛或酮是有机合成中重要的官能团转换反应之一。自从Anelli法（TEMPO/NaBr/NaOCl）发现以来,由于所具有的高活性和高选择性, 有机小分子催化剂2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)催化醇的氧化反应成为温和条件下醇选择氧化的一个重要方法,并在实验室和工业生产中广泛应用。最近有关TEMPO催化醇氧化反应的研究,主要集中在开发用于分子氧对醇绿色氧化的催化体系和目的在于实现催化剂回收再用的TEMPO固载化研究两个领域上。本文以此为重点,综述了TEMPO催化醇氧化反应的发展和最近研究进展。     

以Saccharin/TEMPO高效催化氧化醇制备醛酮的研究

采用Saccharin/TEMPO共催化剂并在次氯酸钠NaClO作用下高效地催化氧化醇合成了醛或酮。筛选了溶剂及SAC/TEMPO用量等条件获得了最优工艺。以一系列的醇作为底物进行了研究,结果表明,高效地实现了对醇的氧化转化,产率可达95%,并且有良好的选择性。应用此共催化体系对醛或酮的制备具有广泛的适用性,是一种较好的方法。     

过渡金属卟啉催化分子氧氧化环己烯性能研究

研究了meso-四(对羟基苯基)卟啉过渡金属配合物(THPPM,M=CoⅡ,MnⅡ)催化分子氧氧化环己烯的反应。结果表明,在反应温度为70℃时,THPPCoⅡ催化分子氧氧化环己烯的转化率达到90%,产物主要是2-环己烯-1-酮(70%)和2-环己烯-1-醇(26%),并考察了反应温度、时间及加入吡啶对环己烯转化率和产物选择性的影响,探讨了THPPCoⅡ催化分子氧氧化反应机理。     

树枝状聚酰胺胺负载TEMPO的合成及其催化分子氧氧化醇的性能

以乙二胺和丙烯酸甲酯为原料,经过重复Michael和酯氨解反应,制备出二代(2.0 G)树枝状聚酰胺胺(PAMAM).PAMAM与2,2,6,6-四甲基哌啶酮氮氧自由基经缩合、还原将PAMAM与2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基(TEMPO)键连,得到PAMAM负载的TEMPO(PAMAM-TEMPO).采用1H NMR、13C NMR以及FT-IR等手段对中间体及最终产物进行了表征.将PAMAM-TEMPO与CuBr2以及2,2-联吡啶结合构成催化体系,用于分子氧为氧化剂的醇的选择性氧化反应,结果表明该体系对苄基以及烯丙基伯醇的氧化显示出良好的催化活性和选择性.结果还证明,TEMPO的负载使氧化产物醛很容易与催化体系分离,而且催化剂可以循环使用.     

从《世阿弥传书》到《匠明》:能乐观演空间尺度体系的传承与演变

利用酰胺化反应在2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)分子的4位引入乙酰氨基和异烟酰氨基分别获得Acet-TEMPO和isoNTA-TEMPO分子.将Acet-TEMPO、 isoNTA-TEMPO和TEMPO分别与MIL-101(Fe)组成共催化体系,以苯甲醇选择性氧化为苯甲醛做模型反应,研究上述3种催化体系的催化性能.催化结果表明3种催化体系的催化活性顺序为:MIL-101(Fe)/isoNTA-TEMPO MIL-101(Fe)/Acet-TEMPOMIL-101(Fe)/TEMPO.通过对比实验和吸附实验表明isoNTA-TEMPO的吡啶官能团与MIL-101(Fe)的Fe簇配位作用是提高体系催化性能的关键因素.MIL-101(Fe)/isoNTA-TEMPO催化体系对各种芳香醇均表现出较好的催化性能,且催化剂能循环回收利用.     

HKUST-1/ABNO-catalyzed aerobic oxidation of secondary benzyl alcohols at room temperature

Efficient heterogeneous Cu-catalyzed aerobic oxidation of benzyl alcohols was discolsed. The combination of HKUST-1 and ABNO exhibited enhanced catalytic activity compare to the previous HKUST-1/TEMPO system in aerobic oxidation of benzyl alcohols. It was observed that the present catalyst was intrinsically heterogeneous and reusable.     

Copper(II)-catalysed aerobic oxidation of primary alcohols to aldehydes

[CuBr2(2,2'-bipyridine)] catalyses the selective and very mild aerobic oxidation of primary alcohols to aldehydes in acetonitrile:water (2:1) in the presence of 2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl-1-oxy (TEMPO) and a base as cocatalysts.     

A TEMPO‐Free Copper‐Catalyzed Aerobic Oxidation of Alcohols

The copper‐catalyzed aerobic oxidation of primary and secondary alcohols without an external N‐oxide co‐oxidant is described. The catalyst system is composed of a Cu/diamine complex inspired by the enzyme tyrosinase, along with dimethylaminopyridine (DMAP) or N‐methylimidazole (NMI). The Cu catalyst system works without 2,2,6,6‐tetramethyl‐l‐piperidinoxyl (TEMPO) at ambient pressure and temperature, and displays activity for un‐activated secondary alcohols, which remain a challenging substrate for catalytic aerobic systems. Our work underscores the importance of finding alternative mechanistic pathways for alcohol oxidation, which complement Cu/TEMPO systems, and demonstrate, in this case, a preference for the oxidation of activated secondary over primary alcohols.     

Catalytic Oxidation of Alcohols to Corresponding Aldehydes or Ketones with TEMPO-Mediated Iodosobenzene in Water in the Presence of a Surfactant

An efficient, facile, and rapid oxidation of alcohols to the corresponding aldehydes or ketones with a stoichiometric amount of iodosobenzene (PhIO) in the presence of catalytic amounts of 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxyl free radical (TEMPO), KBr, and a surfactant, such as SDS (sodium dodecylsulfate), was reported. The oxidation proceeded in water at room temperature to afford aldehydes or ketones in excellent yields and high selectivity without overoxidation to carboxylic acids. Selective oxidation of primary alcohols in the presence of secondary alcohols was also achieved with the catalytic system of PhIO/TEMPO/KBr/SDS. A possible mechanism for the oxidation was supposed.     

CuI/2,2'-联吡啶/2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物催化氧化醇生成腈的工艺

以高压反应釜为反应装置,采用CuI/Bipy(2,2'-联吡啶)/TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物)催化体系,以氨水作氮源,分子氧作氧化剂,对醇催化氧化生成相应腈的方法进行了优化。 以苯甲醇的催化氧化反应为模型反应,考察了催化剂及其用量、溶剂、反应温度以及时间对催化性能的影响。 实验表明:在高压釜中,120 ℃、40×10⁵ Pa的氮氧混合气(φ(O₂)=8%)条件下,将催化剂摩尔分数降低至1%(脂肪醇催化剂摩尔分数为5%),反应时间缩短至8 h时,催化效果最佳。同时,该反应系统对于不同的芳香醇和脂肪醇的氧化均取得了90%以上的转化率和90%以上的产品收率。     

Oxone/CaCl_2/TEMPO体系在温和条件下对醇的氧化反应

Oxone/TEMPO/CaCl_2(TEMPO=2,2,6,6-Tetramethyl-1-piperidinyloxy)是一种稳定安全和易得的氧化催化体系,在室温条件下,可以氧化苄基或烷基醇生成醛或酮.苄基伯醇很容易被氧化成相应的醛,有较高的反应收率(90%～96%),仲醇氧化成相应的酮,收率在81%～85%之间,1,4-丁二醇环氧化生成γ-丁内酯得到了94%的收率.     

β-环糊精负载四甲基哌啶氮氧化物的合成及其在分子氧氧化醇反应中的催化性能

以乙烯基二胺为连接臂将四甲基哌啶氮氧化物(TEMPO)负载于β-环糊精(β-CD)上,得到负载型催化剂β-CD-TEMPO.采用~1H NMR、~(13)C NMR以及FT-IR等手段对β-CD-TEMPO进行了表征.将β-CD-TEMPO、CuBr_2以及K_2CO_3结合构成催化体系,用于分子氧为氧化剂的醇的选择性氧化反应,结果表明该体系对苄基以及烯丙基伯醇的氧化显示出良好的催化活性和选择性.在负载催化剂中,乙烯基二胺既作为连接臂又作为配体与铜离子配位,使氧化反应顺利进行.负载型催化剂β-CD-TEMPO与产物容易分离,能够循环使用.     

2,2,6,6-四甲基哌啶氧自由基/Ca(ClO)2催化氧化甲基葡糖苷制备葡醛酸

采用2,2,6,6-四甲基哌啶氧自由基/Ca(ClO)2体系选择氧化甲基葡萄糖苷(简称甲苷)合成了葡萄糖甲苷酸盐,再用硫酸酸解葡萄糖甲苷酸盐,得到葡萄糖醛酸和副产物硫酸钙。考察了氧化工艺条件对葡萄糖醛酸收率的影响;用pH计监控反应过程,反应中间体和终产物用UV和HPLC检测。结果表明,该体系对甲苷伯羟基的氧化具有较好的催化活性和反应选择性,葡萄糖醛酸收率达到92%,且金属离子易于去除。和传统的淀粉HNO3氧化法工艺相比,该方法具有资源节约、环境友好的特点。