2564-83-2/2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物的制備方法

背景及概述^[1][2]

2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物，縮寫(xiě)為T(mén)EMPO，是一種哌啶類的氮氧自由基。該產(chǎn)品為橘紅色易升華結(jié)晶或液體，易溶于水、乙醇和苯等溶劑。其具有捕獲自由基和猝滅單線態(tài)氧的功能，且是一種非常有效的氧化催化劑，能將伯醇氧化為醛、仲醇氧化為酮。具有產(chǎn)率高、選擇性好、穩(wěn)定性良好、可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)，在化學(xué)、生物學(xué)、食品工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域都有較為廣泛的應(yīng)用。TEMPO的用途包括高效阻聚劑、接觸反應(yīng)氧化劑、控制活性聚合等，在糖化學(xué)和核苷化學(xué)上主要用于將醇直接氧化成酸；銅/TEMPO用于1位醇生成醛的接觸反應(yīng)。

制備方法^[1]

目前關(guān)于2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物的制備方法主要分為兩步：第一步，采用黃鳴龍反應(yīng)，將2,2,6,6-四甲基哌啶酮(TAA)與水合肼縮合為腙，再經(jīng)高溫脫氮得到2,2,6,6- 四甲基哌啶(TEMP)；第二步，將2,2,6,6-四甲基哌啶采用合適的氧化體系氧化成TEMPO。整 個(gè)反應(yīng)過(guò)程中比較關(guān)鍵的是第二步反應(yīng)，目前報(bào)道的反應(yīng)體系有很多種，但是現(xiàn)有的這些 反應(yīng)體系均存在一些不足之處，磷鎢磷—過(guò)氧化氫體系產(chǎn)率太低(Takeshi Endo,Keiichi Takuma,Toshikazu Takata,et al.[J].Macromolecules,1993,26:3227-3235)，鎢酸鈉—過(guò)氧化氫—甲烷體系，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)(24h)(張自義.[J].蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1980， 2:112-114)，還有用鎢酸鈉—過(guò)氧化氫—乙二胺四乙酸二鈉鹽體系氧化，成本較高 (Rozantsev E G,Ssholle V D.[J].Synthesis,1997,4:190-198.)。

針對(duì)上述反應(yīng)體系存在的不足之處，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)報(bào)道了一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的反應(yīng)體系：二價(jià)金屬 鹽—過(guò)氧化氫體系，通過(guò)摸索反應(yīng)條件，產(chǎn)率能達(dá)到80.17％，但是該反應(yīng)中用到的催化劑 不能重復(fù)利用，而且甲醇用量比較大，產(chǎn)生的三廢多，無(wú)法工業(yè)化規(guī)模應(yīng)用。

近年來(lái)國(guó)家對(duì)環(huán)保問(wèn)題非常重視，多次啟動(dòng)中央環(huán)境保護(hù)督察組進(jìn)駐到全國(guó)各地督查企業(yè)的環(huán)保問(wèn)題， 特別是化工類生產(chǎn)企業(yè)，是環(huán)保督查的重點(diǎn)對(duì)象，現(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)的(例如卞惠芳等研究人員)2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基合成方法，后期三廢處理的成本太高，而且資源的浪費(fèi)比較嚴(yán)重，因此肯定不適合工業(yè)化生產(chǎn)。但是2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基是一種重要的化工原料，市場(chǎng)需求量比較大，長(zhǎng)期靠進(jìn)口滿足市場(chǎng)需求是非常不利于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的。 因此研發(fā)一種環(huán)保、高效、經(jīng)濟(jì)的2.2.6.6-四甲基哌啶氧化物制備方法意義重大。

CN201810594728.X提供一種高效制備2.2.6.6-四甲基哌啶氧化物的方法，以氫氧化鎂粉末和硅藻土復(fù)合物作為催化劑，氧化2,2,6,6-四甲基哌啶制備得到。更進(jìn)一步地，所述的催化劑由氫氧化鎂粉末與硅藻土按照質(zhì)量比1：(3～9)混合得到。包括以下步驟：

(1)取適量2.2.6.6-四甲基哌啶，加入催化劑和甲醇混合均勻，2.2.6.6-四甲基哌 啶與催化劑、甲醇的質(zhì)量：質(zhì)量：體積比為(8～10):2:3；

(2)將混合物加熱至50～70℃(優(yōu)選50-60℃)，滴加入雙氧水反應(yīng)，雙氧水的滴加 量為2.2.6.6-四甲基哌啶的6～7倍；

(3)將反應(yīng)結(jié)束后的溶液過(guò)濾，濾液用乙酸丙酯萃取，乙酸丙酯相進(jìn)行蒸餾脫除乙 酸丙酯，然后冷卻降溫，離心得到2.2.6.6-四甲基哌啶氧化物。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明提供的2.2.6.6-四甲基哌啶氧化物的制備方法，以氫氧化鎂粉末和硅 藻土的復(fù)合物作為催化劑，氧化2,2,6,6-四甲基哌啶得到，催化劑經(jīng)分離之后可以反復(fù)使用，節(jié)約了資源，減少了三廢的排放，同時(shí)也提高了產(chǎn)品的純度和品質(zhì)；

(2)本發(fā)明提供的2.2.6.6-四甲基哌啶氧化物的制備方法，反應(yīng)條件溫和容易控 制，復(fù)合催化劑的制備成本低，反應(yīng)效果好，在較低溫度下即可反應(yīng)，且反應(yīng)產(chǎn)率能高達(dá) 95％；

(3)本發(fā)明提供的制備2.2.6.6-四甲基哌啶氧化物的方法，使用改進(jìn)之后的催化 劑，反應(yīng)條件更容易控制，在低溫條件下也能反應(yīng)完全，反應(yīng)產(chǎn)率高，得到的產(chǎn)物純度高，成本低；本方法制備得到的2.2.6.6-四甲基哌啶氧化物用于有機(jī)合成中將各種醇氧化成醛 (特別是將2-吡啶甲醇氧化成2-吡啶甲醛)時(shí)，能長(zhǎng)時(shí)間保持顏色穩(wěn)定，效果非常好；

(4)本發(fā)明提供的2.2.6.6-四甲基哌啶氧化物的制備方法，萃取溶劑和反應(yīng)溶劑 均可以反復(fù)使用，萃取溶劑可以選用乙酸丙酯或乙酸乙酯，乙酸乙酯的效果更好，最后得到的產(chǎn)品純度更高，能達(dá)到99.4％以上；

(5)本發(fā)明提供的催化劑制備方法簡(jiǎn)單，只需將氫氧化鎂粉末與硅藻土粉末共研 磨混合，然后用于反應(yīng)體系即可達(dá)到非常好的催化效果，在單次反應(yīng)中，催化劑幾乎不損失，可以繼續(xù)用于后續(xù)的反應(yīng)中；催化劑在制備時(shí)，無(wú)需復(fù)雜的預(yù)處理過(guò)程，操作非常簡(jiǎn)單，適于工業(yè)應(yīng)用，而且催化劑經(jīng)過(guò)這樣改性之后，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率也有所提高，可能是因?yàn)闅溲趸?鎂粉末分散負(fù)載在硅藻土粉末上，與反應(yīng)原料接觸更充分，所以反應(yīng)更完全。

應(yīng)用^[3]

CN201810067437.5公開(kāi)了一種丙酮酸鈉的制備方法，包括以下步驟：乳酸乙酯在催化劑的存在下，進(jìn)行氧化反應(yīng)，然后經(jīng)水解、中和得到丙酮酸鈉；其中，所述催化劑為2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物、9-氮雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷-N-氧基化合物、9-氮雜雙環(huán)[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種或多種。本發(fā)明提供的丙酮酸鈉的制備方法，相比于現(xiàn)有常用的溴素來(lái)說(shuō)，提高了氧化的反應(yīng)速率，并且在氧化反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)更平穩(wěn)、安全；另外還減少了副產(chǎn)物—黃色油狀物，后處理也簡(jiǎn)單一些。

主要參考資料

[1] CN201810594728.X 一種高效制備2.2.6.6-四甲基哌啶氧化物的方法

[2] 丁彬，葉應(yīng)慶，尹強(qiáng)，崔俊杰，王克，羅健輝，江波.2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物自由基選擇性氧化反應(yīng)用于羥丙基化半乳甘露聚糖C-6位取代度的表征研究[J].化學(xué)學(xué)報(bào)，2009，67(12):1383-1388.

[3] CN201810067437.5一種丙酮酸鈉的制備方法