[发明专利]一种氧化醇制备羰基化合物的方法

说明书

本发明提供一种通过醇氧化制备醛或酮的方法。以水为溶剂，以水合硝酸铁(Fe(NO₃)₃·9H₂O)、4‑羟基‑2,2,6,6‑四甲基哌啶氧化物(4‑OH‑TEMPO)和羧酸为催化剂，以氧气或空气作为氧化剂，将醇氧化为醛或酮。与现有技术相比，本发明以水为溶剂、避免了污染性卤代烃或者强致癌物亚硝酸钠（NaNO₂）的使用而更绿色环保，成本也大大降低、是一种适合工业化生产的方法。

技术领域

本发明涉及一种氧化醇制备醛或酮的方法，具体涉及一种在水相中，以水合硝酸铁(Fe(NO₃)₃·9H₂O)、4-羟基-2, 2, 6, 6-四甲基哌啶氮氧化物(4-OH-TEMPO)和羧酸的混合物为催化剂，以氧气或空气作为氧化剂，通过醇的氧化制备醛或酮的方法。

背景技术

醛和酮作为两类羰基化合物，在自然界中广泛存在，同时在有机合成中也占有非常重要的地位，是合成香料、药物以及功能材料的中间体。醇的氧化反应是制备醛或酮的重要方法之一。与传统的氧化剂相比较，氧气是一个理想的氧化剂，因为它具有价廉易得、只产生水作为唯一副产物的优势。因此，在过去的30多年时间里，过渡金属催化的、以氧气或者空气作为氧化剂的醇氧化反应受到了持续的关注，成为了醛或酮的生态友好型合成方法。

铁在地壳中的含量仅次于氧、硅、铝，具有价廉低毒、生物相容性好的特点，并且具有多种氧化还原价态，适合于催化剂的应用。

2011年，麻生明等人首次报道了在氧气存在下，铁盐/2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧化物（TEMPO）/NaCl组成的混合物可以催化醇选择性氧化为醛或者酮，但是该反应采用了毒性很强的1,2-二氯乙烷（DCE）为溶剂，残留溶剂指导原则将其列为在制药工业中应避免的有毒溶剂，并且该催化体系遇水会显著失活。2016年，丁成荣等人报道了FeCl₃/L-缬氨酸/TEMPO催化体系，以氧气为氧化剂，在甲苯中可以将醇氧化为醛或者酮，但是这一催化体系同样对水非常敏感，需要在反应体系中添加分子筛除水以获得高收率。2019年，麻生明等人使用相对廉价的4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物（4-OH-TEMPO）代替TEMPO，以铁盐/4-OH-TEMPO/NaCl/氧气为催化氧化体系实现了醇氧化来制备醛或者酮，但仍需要以DCE或甲苯为溶剂。值得一提的是，在1-苯基乙醇的放大量氧化实验（0.5 mol）中，随反应进行，体系温度会从25℃急剧上升至60℃以上，需要多次采用冰水浴降温，使反应温度可以降到25℃。2011年，何良年等人以双磁性咪唑盐离子液体[Imim-TEMPO][FeCl₄]和亚硝酸钠（NaNO₂）作为催化剂、氧气作为氧化剂实现了苄醇氧化为相应的醛或酮，但是强致癌性NaNO₂的使用显然是有很大安全风险的。

因此，开发新的铁催化体系，以氧气或者空气为氧化剂，能够在水相中高效、高选择性地实现醇氧化成醛或酮将是极具应用前景的，符合绿色化学的发展理念。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以水为反应溶剂、以氧气（空气）为氧化剂的铁催化的醇氧化为醛或酮的合成方法。

本发明克服了现有铁催化体系中使用毒性很大的有机溶剂、不耐水或使用强致癌物NaNO₂等问题，提供了一种在温和条件下，于水相中，以水合硝酸铁(Fe(NO₃)₃·9H₂O)、4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物(4-OH-TEMPO)和羧酸为催化剂，以氧气或空气作为氧化剂，将醇选择性氧化生成醛或酮的方法。

本发明采用如下技术方案：

一种氧化醇制备羰基化合物的方法，以醇为底物，水溶性铁盐、4-OH-TEMPO、羧酸化合物为催化剂，在氧化剂、水存在下，反应制备羰基化合物。