TEMPO合成方法及其在有机合成中的应用

2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物的基本信息：

常用名称：TEMPO；2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物

CAS NO：2564-83-2

色谱纯度：≥99.0%

分子式：C9H18NO

分子量：156.25

熔点：36-38 °C(lit.)

密度：1g/cm3

用途：捕获自由基、猝灭单线态氧和选择性氧化

TEMPO（2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物，CAS号：2564-83-2） 是一种稳定的有机自由基，广泛应用于有机合成反应中，尤其以其在选择性醇氧化反应中的出色表现而闻名。本文将详细介绍TEMPO的合成方法以及在有机合成中的典型应用，为相关科研与生产提供参考。

一、TEMPO的化学特性

TEMPO分子结构中含有一个N–O自由基，是一种热稳定性和化学稳定性都很高的化合物。它呈橙红色晶体，易溶于多数有机溶剂，可在温和条件下催化醇类化合物的氧化反应。其优势在于反应选择性高、温和环保、操作简便。

二、TEMPO的合成方法

1. m-CPBA氧化法

原理： 以2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇为原料，使用m-氯过氧苯甲酸（m-CPBA）氧化生成TEMPO。

步骤简要：

将原料溶于二氯甲烷，冷却至0℃，缓慢滴加m-CPBA溶液，搅拌反应2~3小时后升温至室温反应完全。反应后经水洗、中和、萃取、干燥、蒸发和重结晶，可得到高纯度的TEMPO晶体。

优点： 纯度高、反应条件温和，适合实验室合成。

2. 次氯酸钠氧化法（NaOCl法）

原理： 在碱性条件下，次氯酸钠可将四甲基哌啶类化合物氧化为TEMPO。

适用范围： 成本低，适合工业化生产，但需控制副产物生成。

反应条件： 需在pH控制体系中进行，反应设备要耐腐蚀。

3. 金属催化-氧气氧化法

原理： 使用铜盐催化体系（如CuBr/有机胺）和空气/氧气共同氧化四甲基哌啶，生成TEMPO。

特点： 绿色环保、原料利用率高，但对催化体系条件要求较严格。

三、TEMPO在有机合成中的应用

1. 醇的选择性氧化

TEMPO最经典的应用是催化伯醇和仲醇的选择性氧化：

伯醇 → 醛（无需过氧化）

仲醇 → 酮（不影响双键或其他敏感官能团）

常与NaOCl、NaBr、KBrO₃、漂白粉等氧化剂组合使用，在常温下即可高选择性完成氧化过程，广泛应用于医药中间体合成、天然产物修饰等领域。

2. 可控自由基聚合（NMP）

TEMPO是可控自由基聚合（Nitroxide Mediated Polymerization, NMP）中的关键调控剂。通过调节反应活性，可实现对聚合物分子量与分布的控制，用于合成结构规整的高分子材料。

3. 纤维素及木质素的氧化改性

利用TEMPO的催化特性可选择性氧化纤维素的C6位羟基，得到TEMPO氧化纳米纤维素（TOCNs），具有优异的分散性和力学性能，在食品包装、生物医用材料、环保膜材料等领域应用前景广阔。

四、TEMPO的优势与发展趋势

环保性好： 可使用空气或氧气作为氧化剂，避免重金属污染。

催化效率高： 反应条件温和、操作简便。

产业前景广： 在医药、材料科学、精细化工等多个行业都具有广泛应用。

随着绿色化学技术的推广，TEMPO及其衍生物的合成方法不断优化，其工业化应用将更加广泛。

TEMPO作为一种高效、稳定的自由基氧化催化剂，在有机合成领域发挥着重要作用。其合成方法多样，既适合实验室研究，也适应工业化生产需求。通过不断优化其制备工艺与拓展其应用领域，TEMPO有望在未来更多绿色化学反应中发挥更大价值。