2,2,6,6-四甲基哌啶-N-氧自由基的应用及注意事项

【中文名称】2,2,6,6-四甲基哌啶-N-氧自由基

【英文名称】2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-l-oxyl

【分子式】C9H18NO

【分子量】156.28

【CA登录号】[2564-83-2]

【缩写和别名】TEMPO,1-Oxyl-2,2,6,6-tetra-methylpiperidine, 2,2,6,6-Tetramethyl-l-oxyl-piperidine, 2,2,6,6-Tetramethyl-l-piperidino-xyl,2,2,6,6-Tetramethylpiperidine-N-oxide radical,2,2,6,6-四甲基呱咤氧化物，2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基，2,2,6,6-四甲基派咤氧，2,2,6,6-四甲基-1-哌啶基氧

【结构式】

【物理性质】红色固体。mp 40.0℃,fp67℃。溶于所有有机试剂，在25 ℃水中其溶解度为0.03 mol/L。

【制备和商品】该试剂在国内外化学试剂公司有销售。也可用2,2,6,6-四甲基哌啶酮为原料，经黄鸣龙反应将其还原成2,2,6,6-四甲基哌啶。然后，再采用合适的氧化体系即可氧化成TEMPO。

【注意事项】TEMPO是一种有毒试剂，有极强的刺激性，容易被皮肤吸收。该化合物的毒性可能与其能够生成羟胺化合物有关。

TEMPO是可以稳定存在的N-氧自由基，常用作ESR自由基俘获剂、自由基反应抑制剂和阻聚剂。

TEMPO可催化将伯醇氧化为醛或者羧酸，将仲醇氧化为酮的反应。当使用具有强氧化性的单氧供体氧化剂(例如：m-CPBA,KHSO5、NaBrO2、H5IO6和三氯异氰尿酸等)作为化学计量氧化剂来氧化醇时，TEMPO都表现出优异的催化性能。当使用NaBr或KBr作为助催化剂时，TEMPO能够快速地催化次氯酸盐对醇的氧化，高选择性地生成醛或酮，底物携带的手性和N-保护基不受影响(式1)。其它的高价氯试剂同样可以作氧化剂，当使用2倍量的NaClO2代替NaOCl时，伯醇可以高收率地氧化成羧酸。在有些助催化剂存在下，TEMPO能够有效地催化分子氧对醇的氧化反应。这些助催化剂包括：Cu配合物、RuCl2(PPh3)3、CAN、FeCl3/NaNO2、Cu-Mn复合氧化物、Br2/NaNO2、碘、高价碘以及漆酶等。

TEMPO催化二醇的氧化反应更容易进行。产物的结构取决于氧化剂的用量、伯醇和仲醇氧化速率的差别、是否存在季按盐以及两个羟基的相对位置等因素。例如：含伯醇和仲醇的二醇可以选择性地被氧化为羟基醛或酮醛(式2)。当体系中存在催化量的季按盐时，二醇化合物被氧化成为酮酸。1,4-和1,5-二醇经氧化得到内酯，但α,o-二醇氧化生成不溶的聚合物。

TEMPO还可以催化硫醚化合物的氧化反应。使用NaBr或KBr作为助催化剂，TEMPO能够快速地催化次氯酸盐对硫醚的氧化，硫醚化合物被选择性地氧化成为亚砜化合物，而不是进一步氧化生成砜(式3)。

此外，TEMPO还可以催化苄醚、萘酚和胺的氧化反应。

TEMPO可以被用作自由基俘获剂(式4)。TEMPO捕获碳自由基是一个非常快的过程，其速率常数由碳自由基的特性和溶剂所决定。利用质谱检测TEMPO捕获重要生物自由基已成功应用于新陈代谢的研究中。同时TEMPO还可作为聚合物的稳定剂及生物系统中的自由基反应抑制剂。

TEMPO与金属有机化合物反应可以生成碳自由基。在该过程中，一分子的TEMPO氧化金属有机化合物使其生成相应的碳自由基，另一分子的TEMPO与生成的自由基反应形成烷氧基胺化合物(式5)。多种金属有机化合物(例如：锂、锰、钛、锆、铜、锌、钐等)都可以通过TEMPO氧化生成烷氧基胺化合物。