氧钼铵催化的氧化反应涉及通过N-氧代铵物质的作用将有机底物转化为更高度氧化的物质。在化学计量的末端氧化剂存在下，氮氧化物也可以催化量使用。

介绍

1959年首次发现了稳定的硝基氧自由基。^[2]从那时起，它们已被开发为一种多功能的有机氧化剂，无论是化学计量还是催化模式。氮氧自由基的单电子氧化产生高度亲电子的氧代铵物质，其用作活性氧化剂。虽然预先形成的N-氧代铵盐可以按化学计量用于氧化，^[3]但这些已经在很大程度上被使用更便宜的末端氧化剂的催化方法所取代，例如次氯酸钠^[4]或双（乙酰氧基）碘苯（BAIB）。^[5]使用的氮氧自由基种类是2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基（TEMPO）或其衍生物。氧代铵基氧化的实例如下所示。

（1）

机制与立体化学

流行机制

N-氧代铵盐的氧化机理因氧代铵基团中的N和O原子的高度亲电性而变得复杂。取决于培养基的pH，反应通过两种不同的途径发生。

在中性或微酸性条件下（例如在硅胶存在下），通过羟基和氧代铵氮之间的初始氢键发生氧化，然后同时进行质子转移和氢化物提取。^[6] β-烷氧基和β-氨基醇的低反应性支持氢键的需要，这表现出竞争性的分子内氢键。在弱碱性（吡啶）条件下氧化的机理是相似的，除了吡啶中和羟基铵物质，并且该中间体与氧代铵盐“成比例”得到硝基氧自由基和吡啶鎓盐（参见下面的等式（3））。因为该反应消耗碱和活性氧化剂，所以在弱碱性条件下需要两当量的碱和氧化剂。

（2）

在强碱性条件下，去质子化的底物与N-氧铵物质反应。可以发生底物醇盐对氮或氧的攻击，尽管前者被认为是基于观察到N-烷氧基胺的氧化（据推测，通过中间体1进行）来进行的。^[7]还原产物（羟胺）与氧代铵离子的比例与氧化反应; 因此，通常需要过量的氧化剂。

（3）

氮氧化物催化的氧化涉及N-氧代铵中间体作为活性氧化剂。氮氧自由基的氧化机理取决于所用的末端氧化剂。双电子氧化剂，例如NaOCl，能够将氮氧化物直接转化为氧代铵。

（4）

单电子氧化剂，例如铜（II），通过涉及分子氧作为末端氧化剂的更复杂的机理起作用。^[8]铜（II）将4当量的氮氧化物氧化成氧代铵，其中两当量（蓝色）与醇反应形成羰基化合物。另外两当量的氧代铵（红色）经过歧化反应以重新形成硝基氧基（粉红色）。最后，分子氧将四当量的铜（I）再氧化回铜（II）。总的来说，单个分子的双氧介导两当量醇的氧化，形成两当量的水。

（5）

立体选择性变体

对映选择性氧化通常是手性醇的动力学拆分或去对称化反应。通过在催化模式中使用手性硝基氧自由基可以促进这些氧化。外消旋1-苯基乙醇的动力学拆分提供了一个很好的例子。^[9]另一方面，采用氧代铵氧化剂的氧化去对称化过程相对较少。^[10]

（6）

范围和限制

使用氧代铵盐的氧化可以在酸性或碱性条件下以化学计量或催化模式进行。本节描述了使用氧代铵盐将醇与羰基化合物进行化学计量和催化氧化的最常用条件。尽管可以使用TEMPO氧化多种醇，但有时会发生更多富电子官能团的竞争性氧化。此外，多元醇氧化的位点选择性可根据使用的条件而不同。

化学计量氧化

在温和的酸性或中性条件下，氧代铵盐如[TEMP = O] ⁺ [BF ₄ ] ^-能够将烯丙基，苄基，^[11]炔丙基，^[12]或脂肪醇氧化成相应的醛或酮。仲醇的反应速度比初级醇快，但选择性低。方便的实验方案允许再循环氧代铵盐。^[12]

（7）

胺，苄基醚和烯烃比未活化的醇更快地被氧化; 因此，在这些官能团存在下选择性化学计量氧化未活化的醇是不可能的。^[13]具有β-氮或β-氧取代基的醇在酸性条件下反应缓慢。^[12]在这些条件下，烯丙基和苄醇可以被选择性氧化^[13]

（8）

在碱性条件下，由于还原的氮氧化物和未反应的氧代铵之间的竞争性比例，需要两当量的氧化剂（参见上面的等式（3））。吡啶通常用作碱。这些是化学计量模式中氮氧化物氧化的最常见条件。

（9）

催化氧化

使用次氯酸钠作为末端氧化剂可以促进催化氧代铵氧化。使用缓冲液将pH保持在10以下以使反应进行。硝基氧的活性氧化剂是次溴酸根阴离子; 因此，溴化钾用作添加剂。^[4]没有发生含羰基产物中α-立体异构中心的差向异构化。

（10）

使用亚氯酸盐作为末端氧化剂与次氯酸盐和TEMPO一起产生不含氯化副产物的羧酸。^[14]反应通常在同一罐中分两步进行：用TEMPO和次氯酸盐进行部分氧化，然后加入亚氯酸盐以完成氧化。仅观察到伯醇氧化。与Sharpless二羟基化相结合，该方法可用于产生对映纯的α-羟基酸。^[15]

（11）

上述两种方法的显着限制是与游离胺或烯烃官能团的不相容性，两者都经历竞争性氧化。使用双（乙酰氧基）碘苯（BAIB）作为末端氧化剂避免了这个问题。BAIB不能直接氧化硝基氧自由基，并且认为氧代铵的初始形成是由于酸催化的歧化作用。然后，BAIB可以将所得的羟胺氧化成氧代铵盐。尽管反应在酸性条件下进行（乙酸是副产物，并且通常加入以促进歧化），但对伯醇氧化的选择性是显着的。^[5]在这些条件下，耐受碱敏感的官能团，如环氧化物。^[16]

（12）

与TEMPO一起使用的其他双电子末端氧化剂包括mCPBA（二次氧化是有利的，尽管可能发生副反应），^[17] N-氯代琥珀酰亚胺，^[18]和Oxone。^[19]

铜（II），作为游离氯化物盐和作为与二齿配体的络合物，将TEMPO氧化成其氧代铵盐。在这些反应中，空气用作末端氧化剂。^[20]尚不清楚空气是否将铜（I）氧化成铜（II），或者醇氧化是否部分由铜介导，空气将所得的羟胺氧化回氧代铵盐。前者发生在Wacker过程中，但后者解释了为什么铜配合物和一些其他金属配合物能够与TEMPO一起氧化醇。

（13）

与其他方法比较

许多氧化剂可用作氧代铵氧化剂的替代物。能够仅氧化烯丙基，苄基或其他活化位置的活化二氧化锰比TEMPO便宜并且操作简单易用。^[21]铬基试剂如氯铬酸吡啶鎓也可用于将醇转化为羰基化合物; 尽管铬氧化的机理已被充分理解，但化学计量产生的铬废物是这类氧化剂的缺点。^[22]使用二甲基亚砜的氧化，例如Swern和Moffatt反应，不涉及重金属和氧化各种基质。然而，在这些反应过程中产生的令人不快的气味（二甲基硫醚）通常被认为是一个缺点。^[23]氧合氨氧化是优选的，以DMSO方法二醇和炔醇的反应。Dess-Martin periodinane是一种高选择性，温和的醇类氧化剂，其主要缺点是制备困难和安全性。^[24]

实验条件和程序

典型条件

这些反应通常在室温或低于室温下进行。通常使用二氯甲烷，但在使用高极性亚氯酸盐或次氯酸盐的催化体系中，必须使用两相水 - 有机体系。应小心控制反应介质的pH值; 对于氮氧化物催化的反应，pH通常保持在8-11之间。

示例程序^[25]

将双（乙酰氧基）碘苯（0.709g，2.2mmol），TEMPO（0.032g，0.2mmol）和2'，3'-异亚丙基腺苷（0.307g，1mmol）溶解在MeCN / H ₂ O（1：1， 2mL）并在室温下搅拌3小时。通过过滤收集形成的固体沉淀，依次用Et ₂ O和丙酮研磨，真空干燥，得到标题化合物（0.275g，90％）：mp 246-249°dec; ¹ H NMR（DMSO-d ₆，50℃）δ1.36（S，3H），1.53（S，3H），4.67（d，J = 1.9赫兹，1H），5.48（d，J = 6赫兹，1H） ，5.52（dd，J = 1.9,6.0Hz，1H），6.32（s，1H），7.15（s，2H），8.10（s，1H），8.23（s，1H）; ¹³ C NMR（DMSO-d ₆，50°）δ24.86,26.39,83.27,83.52,85.14,89.48,112.66,118.70,140.11,149.03,152.15,155.84,170.36。

（14）