反应

TEMPO（2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基）及其衍生物是在有机氧化反应中用作催化剂的稳定硝酰自由基。TEMPO由Lebedev和Kazarnovskii于1960年首次发现。TEMPO稳定的自由基性质是由于其自身存在庞大的取代基，这阻碍了自由基与其他分子的发生反应。[1]

图1.TEMPO（2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基）

TEMPO及其衍生物主要应用于伯醇和仲醇的氧化反应。TEMPO不仅在有机溶剂中具有良好的溶解性，在水性介质中溶解性也同样优异。[1] 此外，TEMPO还可以与各种用于水性介质中氧化的再氧化剂（如次氯酸盐）和用于有机介质中氧化的Cu/O2一起使用。[2] 在水性介质内，TEMPO可被同一化学计量的氧化剂（次氯酸钠）氧化并生成亚硝基鎓阳离子，作为醇氧化过程中实际的氧化剂。在醇的氧化过程中，亚硝基鎓阳离子被还原为羟胺，羟胺再通过合适的氧化剂被氧化回亚硝基鎓阳离子，以完成催化循环。次氯酸盐作为主氧化剂，溴化物作为助催化剂。[2]

图2. TEMPO催化下的醇氧化机理[2]

TEMPO（2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基）及其衍生物也可作为催化剂参与其他氧化反应。它们是高选择性氧化催化剂重金属试剂的高性价比替代品，可催化反应涉及碳-碳键、碳-氧键、碳-氧双键、碳-氮键和碳氮双键的形成。[3]

应用

TEMPO催化氧化反应已应用于以下领域：

1，4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基（4-氨基-TEMPO）催化下的氧化反应可用于制备细胞松萝酸，并可通过尺寸排阻色谱与多角度激光散射检测器联用（SEC-MALS）联用进行分析。[4]

2，与TEMPO相比，2-氮杂金刚烷N-氧基（AZADO）和1-甲基-2-氮杂金刚烷-N-氧基（1-Me-AZAADO）在可将各种空间位阻醇转化为相应的羰基化合物的应用方面表现出优异的催化能力。[5]

图3. 2-氮杂金刚烷N-氧基（AZADO）和1-甲基-2-氮杂金刚烷-N-氧基（1-Me-AZAADO）

1，TEMPO可用于催化氧化再生纤维素（粘胶人造丝）。TEMPO可将人造丝中的C6伯羟基氧化为羧基，使得产物具有水溶性。[6]

2，TEMPO衍生物由于可将极性物质（如羟基或酯基）接枝到聚合物上，现已应用于聚合后改性过程。4-羟基-TEMPO（HO-TEMPO）和4-苯甲酰氧基-TEMPO（BzO-TEMPO）可作为官能化试剂应用于聚[乙烯-共-(1-辛烯)]的高效官能化。其可通过硝酰自由基与以碳-中心的自由基（如大分子自由基）的快速偶联，对极性官能团进行接枝。[7]

图4. 硝酰衍生物和大分子自由基反应

1，氮氧自由基衍生物与大分子自由基之间的偶联反应。[2]

2，TEMPO、Ce(IV)和NaNO2三者组成的催化体系现已应用于不同醇的选择性氧化反应。在该反应中醇氧化后生成的相应醛和酮产率45.5–98.0%。[8]

图5. TEMPO-Ce(IV)-NANO2

1，在TEMPO 催化下，可将黄原胶通过区域选择性氧化合成黄原酸钠盐。通过2,2′-二苯基-1-苦基肼（DPPH）和羟基自由基的反应进程可用于评估黄嘌呤的抗氧化活性。[9]

2，有报告称，通过4-乙酰氨基-TEMPO/NaClO/NaClO2催化热凝胶多糖氧化，实现了纯(1→3)-β-聚葡萄糖醛酸钠盐的制备。[10]

3，通过监测 TEMPO催化下原始纤维素的氧化程度，从而实现了从枣椰树制备纳米纤维素 （NFC）这一反应的优化。[11]

近期研究和趋势

1，已开发出在储能材料领域具有重要应用前景的稳定氮氧自由基有机聚合物材料。[12] 

2，Cu/TEMPO催化剂体系在二醇的好氧氧化内酯化反应中具有高效和高选择性的优势。[13]

3，在漆酶（生物催化剂）和TEMPO或4-氨基-TEMPO（介质）的催化条件下，可通过纤维素纳米纤维（CNFs）的化学-酶促修饰引入表面活性醛基。[14]

4，在固体-固体2,2,6,6-四甲基-1-哌啶氧基（TEMPO）存在下，二苯甲醇电解转化为二苯甲酮。[15]

5，通过使用TEMPO替代昂贵的过渡金属催化剂作为电活性有机催化剂对醇进行环保电化学氧化。该电催化系统已被用作各种醇的快速、简单、选择性和无废物的氧化方案。[16]

6，可磁分离的有机催化剂(Fe3O4@SiO2–TEMPO)在无金属和无卤素条件下。可对5-羟甲基糠醛（5-HMF）有氧氧化为2,5-二甲酰呋喃（DFF），且该反应具有高度选择性。[17]

7，目前已经制备了TEMPO氧化的魔芋葡甘露聚糖（OKGM）聚合物组成的凝胶微球光响应传递系统。[18]

8，(bpy)CuI/TEMPO/NMI催化剂体系（bpy=2,2′-联吡啶，TEMPO=2,2,6,6-四甲基-甲基哌啶-N-氧基，NMI=N-甲基咪唑）在苄基和脂族醇的快速和高选择性氧化中得以应用。该反应中使用的“(bpy)CuI/TEMPO”催化剂体系以MeCN溶剂和5 mol% [Cu(MeCN)4](OTf)、5 mol% bpy、5 mol% TEMPO和10 mol%NMI组成。其中苄醇的氧化速度快于脂肪醇（环己醇）。[19]

上述氧化的方案如下所示（图6）：

图6. 氧化反应

参考文献

1.Fernandez MJF, Sato H. 2011. Solvent effect on (2,2,6,6-Tetramethylpiperidine-1-yl)oxyl (TEMPO): a RISM-SCF-SEDD study. Theor Chem Acc. 130(2-3):299-304. https://doi.org/10.1007/s00214-011-0976-y

2.Kiricsi I, Nagy J, Karge H, Palyi G. 1999. Porous Materials in Environmentally Friendly Processes. Proceedings of the 1st International FEZA Conference; 03 Sep 1999; Eger (Hungary)

3.Zhou Z, Liu L. 2014. TEMPO and its Derivatives: Synthesis and Applications. COC. 18(4):459-474. https://doi.org/10.2174/13852728113176660151

4.Shibata I, Yanagisawa M, Saito T, Isogai A. 2006. SEC-MALS analysis of cellouronic acid prepared from regenerated cellulose by TEMPO-mediated oxidation. Cellulose. 13(1):73-80. https://doi.org/10.1007/s10570-005-9021-4

5.Shibuya M, Tomizawa M, Suzuki I, Iwabuchi Y. 2006. 2-AzaadamantaneN-Oxyl (AZADO) and 1-Me-AZADO:  Highly Efficient Organocatalysts for Oxidation of Alcohols. J. Am. Chem. Soc.. 128(26):8412-8413. https://doi.org/10.1021/ja0620336

6.Shibata I, Isogai A. 2003. 10(4):335-341. https://doi.org/10.1023/a:1027330409470

7.Passaglia E, Coiai S, Cicogna F, Ciardelli F. 2014. Some recent advances in polyolefin functionalization. Polym. Int.. 63(1):12-21. https://doi.org/10.1002/pi.4598

8.Yan Y, Tong X, Wang K, Bai X. 2014. Highly efficient and selective aerobic oxidation of alcohols in aqueous media by TEMPO-containing catalytic systems. Catalysis Communications. 43112-115. https://doi.org/10.1016/j.catcom.2013.09.022

9.Delattre C, Pierre G, Gardarin C, Traikia M, Elboutachfaiti R, Isogai A, Michaud P. 2015. Antioxidant activities of a polyglucuronic acid sodium salt obtained from TEMPO-mediated oxidation of xanthan. Carbohydrate Polymers. 11634-41. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.04.054

10.Watanabe E, Tamura N, Saito T, Habu N, Isogai A. 2014. Preparation of completely C6-carboxylated curdlan by catalytic oxidation with 4-acetamido-TEMPO. Carbohydrate Polymers. 10074-79. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2012.11.094

11.Benhamou K, Dufresne A, Magnin A, Mortha G, Kaddami H. 2014. Control of size and viscoelastic properties of nanofibrillated cellulose from palm tree by varying the TEMPO-mediated oxidation time. Carbohydrate Polymers. 9974-83. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.08.032

12.Hughes BK, Braunecker WA, Ferguson AJ, Kemper TW, Larsen RE, Gennett T. 2014. Quenching of the Perylene Fluorophore by Stable Nitroxide Radical-Containing Macromolecules. J. Phys. Chem. B. 118(43):12541-12548. https://doi.org/10.1021/jp506240j

13.Xie X, Stahl SS. 2015. Efficient and Selective Cu/Nitroxyl-Catalyzed Methods for Aerobic Oxidative Lactonization of Diols. J. Am. Chem. Soc.. 137(11):3767-3770. https://doi.org/10.1021/jacs.5b01036

14.Jauovec D, Vogrini R, Kokol V. 2015. Introduction of aldehyde vs. carboxylic groups to cellulose nanofibers using laccase/TEMPO mediated oxidation. Carbohydrate Polymers. 11674-85. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.03.014

15.Kaluza D, J?nsson-Niedziólka M, Ahn SD, Owen RE, Jones MD, Marken F. 2015. Solid-solid EC TEMPO-electrocatalytic conversion of diphenylcarbinol to benzophenone. J Solid State Electrochem. 19(5):1277-1283. https://doi.org/10.1007/s10008-014-2722-6

16.Karimi B, Rafiee M, Alizadeh S, Vali H. Eco-friendly electrocatalytic oxidation of alcohols on a novel electro generated TEMPO-functionalized MCM-41 modified electrode. Green Chem.. 17(2):991-1000. https://doi.org/10.1039/c4gc01303d

17.Karimi B, Mirzaei HM, Farhangi E. 2014. Fe3O4@SiO2-TEMPO as a Magnetically Recyclable Catalyst for Highly Selective Aerobic Oxidation of 5-Hydroxymethylfurfural into 2,5-Diformylfuran under Metal- and Halogen-Free Conditions. ChemCatChem. 6(3):758-762. https://doi.org/10.1002/cctc.201301081

18.Chen X, Wang S, Lu M, Chen Y, Zhao L, Li W, Yuan Q, Norde W, Li Y. 2014. Formation and Characterization of Light-Responsive TEMPO-Oxidized Konjac Glucomannan Microspheres. Biomacromolecules. 15(6):2166-2171. https://doi.org/10.1021/bm500327m

19.Hoover JM, Ryland BL, Stahl SS. 2013. Mechanism of Copper(I)/TEMPO-Catalyzed Aerobic Alcohol Oxidation. J. Am. Chem. Soc.. 135(6):2357-2367. https://doi.org/10.1021/ja3117203

阿拉丁提供相关产品，详情请见阿拉丁官网：www.aladdin-e.com