2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物的制备方法

发布日期:2020/3/29 10:01:47

背景及概述^[1][2]

2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物，缩写为TEMPO，是一种哌啶类的氮氧自由基。该产品为橘红色易升华结晶或液体，易溶于水、乙醇和苯等溶剂。其具有捕获自由基和猝灭单线态氧的功能，且是一种非常有效的氧化催化剂，能将伯醇氧化为醛、仲醇氧化为酮。具有产率高、选择性好、稳定性良好、可循环使用等优点，在化学、生物学、食品工业、农业等领域都有较为广泛的应用。TEMPO的用途包括高效阻聚剂、接触反应氧化剂、控制活性聚合等，在糖化学和核苷化学上主要用于将醇直接氧化成酸；铜/TEMPO用于1位醇生成醛的接触反应。

制备方法^[1]

目前关于2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物的制备方法主要分为两步：步，采用黄鸣龙反应，将2,2,6,6-四甲基哌啶酮(TAA)与水合肼缩合为腙，再经高温脱氮得到2,2,6,6- 四甲基哌啶(TEMP)；第二步，将2,2,6,6-四甲基哌啶采用合适的氧化体系氧化成TEMPO。整个反应过程中比较关键的是第二步反应，目前报道的反应体系有很多种，但是现有的这些反应体系均存在一些不足之处，磷钨磷—过氧化氢体系产率太低(Takeshi Endo,Keiichi Takuma,Toshikazu Takata,et al.[J].Macromolecules,1993,26:3227-3235)，钨酸钠—过氧化氢—甲烷体系，反应时间长(24h)(张自义.[J].兰州大学学报(自然科学版)，1980， 2:112-114)，还有用钨酸钠—过氧化氢—乙二胺四乙酸二钠盐体系氧化，成本较高 (Rozantsev E G,Ssholle V D.[J].Synthesis,1997,4:190-198.)。

针对上述反应体系存在的不足之处，卞惠芳(2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基的合成，天津化工，2006，第20卷第6期，20-22)报道了一种经济实用的反应体系：二价金属盐—过氧化氢体系，通过摸索反应条件，产率能达到80.17％，但是该反应中用到的催化剂不能重复利用，而且甲醇用量比较大，产生的三废多，无法工业化规模应用。

近年来国家对环保问题非常重视，多次启动中央环境保护督察组进驻到全国各地督查企业的环保问题，特别是化工类生产企业，是环保督查的重点对象，现有技术中公开的(例如卞惠芳等研究人员)2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基合成方法，后期三废处理的成本太高，而且资源的浪费比较严重，因此肯定不适合工业化生产。但是2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基是一种重要的化工原料，市场需求量比较大，长期靠进口满足市场需求是非常不利于我国经济发展的。因此研发一种环保、高效、经济的2.2.6.6-四甲基哌啶氧化物制备方法意义重大。

CN201810594728.X提供一种高效制备2.2.6.6-四甲基哌啶氧化物的方法，以氢氧化镁粉末和硅藻土复合物作为催化剂，氧化2,2,6,6-四甲基哌啶制备得到。更进一步地，所述的催化剂由氢氧化镁粉末与硅藻土按照质量比1：(3～9)混合得到。包括以下步骤：

(1)取适量2.2.6.6-四甲基哌啶，加入催化剂和甲醇混合均匀，2.2.6.6-四甲基哌啶与催化剂、甲醇的质量：质量：体积比为(8～10):2:3；

(2)将混合物加热至50～70℃(优选50-60℃)，滴加入双氧水反应，双氧水的滴加量为2.2.6.6-四甲基哌啶的6～7倍；

(3)将反应结束后的溶液过滤，滤液用乙酸丙酯萃取，乙酸丙酯相进行蒸馏脱除乙酸丙酯，然后冷却降温，离心得到2.2.6.6-四甲基哌啶氧化物。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供的2.2.6.6-四甲基哌啶氧化物的制备方法，以氢氧化镁粉末和硅藻土的复合物作为催化剂，氧化2,2,6,6-四甲基哌啶得到，催化剂经分离之后可以反复使用，节约了资源，减少了三废的排放，同时也提高了产品的纯度和品质；

(2)本发明提供的2.2.6.6-四甲基哌啶氧化物的制备方法，反应条件温和容易控制，复合催化剂的制备成本低，反应效果好，在较低温度下即可反应，且反应产率能高达 95％；

(3)本发明提供的制备2.2.6.6-四甲基哌啶氧化物的方法，使用改进之后的催化剂，反应条件更容易控制，在低温条件下也能反应完全，反应产率高，得到的产物纯度高，成本低；本方法制备得到的2.2.6.6-四甲基哌啶氧化物用于有机合成中将各种醇氧化成醛 (特别是将2-吡啶甲醇氧化成2-吡啶甲醛)时，能长时间保持颜色稳定，效果非常好；

(4)本发明提供的2.2.6.6-四甲基哌啶氧化物的制备方法，萃取溶剂和反应溶剂均可以反复使用，萃取溶剂可以选用乙酸丙酯或乙酸乙酯，乙酸乙酯的效果更好，最后得到的产品纯度更高，能达到99.4％以上；

(5)本发明提供的催化剂制备方法简单，只需将氢氧化镁粉末与硅藻土粉末共研磨混合，然后用于反应体系即可达到非常好的催化效果，在单次反应中，催化剂几乎不损失，可以继续用于后续的反应中；催化剂在制备时，无需复杂的预处理过程，操作非常简单，适于工业应用，而且催化剂经过这样改性之后，对反应产率也有所提高，可能是因为氢氧化镁粉末分散负载在硅藻土粉末上，与反应原料接触更充分，所以反应更完全。

应用^[3]

CN201810067437.5公开了一种丙酮酸钠的制备方法，包括以下步骤：乳酸乙酯在催化剂的存在下，进行氧化反应，然后经水解、中和得到丙酮酸钠；其中，所述催化剂为2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物、9-氮杂双环[3.3.1]壬烷-N-氧基化合物、9-氮杂双环[3.3.1]壬-3-烯-N-氧基化合物、4,2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物、4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物其中的一种或多种。本发明提供的丙酮酸钠的制备方法，相比于现有常用的溴素来说，提高了氧化的反应速率，并且在氧化反应时，反应更平稳、安全；另外还减少了副产物—黄色油状物，后处理也简单一些。