基于TEMPO催化醇氧化的新型电子转移链构建研究

电子转移是实现醇氧化反应的关键。TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶-N-氧自由基)催化的醇氧化体系已成为国内外学者研究和关注的热点，但已报道体系的电子转移链中多含过渡金属或多个电子转移介质。申请人拟采用两种策略构建新型电子转移链，探索以清洁氧源为氧化剂的TEMPO催化醇氧化反应。首先依据过酸可氧化TEMPO成为氮氧羰基阳离子的思路，采用原位生成过酸的方法，以氧气或双氧水为氧化剂构建经过过酸/TEMPO新型电子转移链的醇氧化体系。此外，通过改变TEMPO母体结构和取代基电子效应改变其氧化还原电势，获得氧化还原电势与构效的关系，揭示构效与催化性能的关系，建立氧气或双氧水可直接或间接氧化TEMPO衍生物的醇氧化体系，可以有效缩短电子转移链。同时，利用多种波谱分析技术捕捉活性中间体，为反应机理的提出提供直接证据。本项目构建的体系将拓展TEMPO催化醇氧化体系的类型，为未来体系的发展提供新思路。

氧化反应是自然界中的基本反应，在有机合成中具有重要应用。本项目以构建基于TEMPO及其衍生物的醇氧化体系为基础，不断延伸拓展，构建出催化氧化伯仲醇、苄位亚甲基C-H键和烯烃等的体系。1）首先分别发展了CuX/四氮配体/TEMPO衍生物/空气体系和TEMPO衍生物/过氧乙酸体系。CuX/四氮配体/TEMPO衍生物体系以空气中氧气为氧化剂，室温下不需要任何助剂，即可高效、高选择性地实现芳香伯醇、烯丙基伯醇的氧化，并采用高分辨质谱、紫外可见和电化学等测试手段对反应机理进行研究，为反应机理的提出提供了初步的认识；另一方面，由强酸树脂催化双氧水和醋酸生成过氧乙酸与TEMPO衍生物组成的短电子转移链体系，在室温下可以高选择性的催化氧化芳香、脂肪仲醇为相应的酮，并推测该体系可能经过氮氧正离子中间体。2）发展了NHPI/Fe(NO3)3•9H2O/O2体系用于催化氧化仲醇及苄位亚甲基C-H键的氧化。该体系反应条件温和（室温，一个大气压的氧气），成功实现脂肪、芳香仲醇和苄位亚甲基C-H键的氧化制备相应的酮化合物，产率大部分在中等以上。控制实验表明该反应体系为自由基历程。同时，18O标记实验说明Fe(NO3)3•9H2O中的硝酸根参与了催化循环。3）烯烃的氧化转化可以得到一系列高附加值的产物，首先以磺酰氯为氯化试剂，3-烯-1-丁醇类化合物为反应底物，发展了一种快速、有效、反应条件温和合成3-氯四氢呋喃化合物的方法；然后，以碘作为氧化剂，MeCN (25 μL) 和 H2O (1.0 mL)作为溶剂，140 oC条件下实现顺式或反式二苯乙烯、二苯乙炔类化合物的氧化转化，得到相应的二酮化合物；其次，以二苯乙烯衍生物为底物、高碘酸钠为氧化剂、四乙基碘化铵为催化剂，乙腈和水为溶剂，一锅法得到高达96%产率消去一个碳原子的芳基酮化合物。4）2-胺基恶唑类化合物是一类重要药物中间体，其合成近年来受到广泛关注。我们分别发展了NBS/KOAc氧化和MCP-Fe(II)配合物或FeCl2/H2O2催化氧化实现噁唑与二级胺开环获得的脒类化合物的环化，几乎均定量获得2-胺基噁唑类化合物。这两个反应体系为该类化合物的快速合成提供了廉价可行、或相对绿色的方法。