一.氧化反應(yīng)類(lèi)型

氧化反應(yīng)在有機(jī)合成中占據(jù)不可或缺的位置，其不僅能夠改變有機(jī)分子的結(jié)構(gòu)，還能夠引入新的功能團(tuán)，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜有機(jī)分子的構(gòu)建。氧化反應(yīng)分為多種類(lèi)型，通常包括烯烴的氧化、醇醛酮的氧化和胺的氧化等。

1.1.烯烴的氧化

烯烴的氧化是將烯烴化合物中的雙鍵與氧發(fā)生反應(yīng)，生成相應(yīng)的醇、醛或酮等化合物的過(guò)程。這一反應(yīng)在有機(jī)合成中占有重要地位，尤其在合成香料、醫(yī)藥中間體、涂料、油漆等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。烯烴的氧化通常包括：烯烴的環(huán)氧化、烯烴的雙羥基化、烯烴的氧化斷裂、烯烴的Wacker氧化。

1.1.1 烯烴的環(huán)氧化

烯烴的環(huán)氧化是一種重要的有機(jī)合成反應(yīng)，通過(guò)此反應(yīng)可以將烯烴轉(zhuǎn)化為環(huán)氧化合物，這些環(huán)氧化合物在化工、制藥和聚合物等行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。環(huán)氧化反應(yīng)的機(jī)理較為復(fù)雜，涉及多種可能的途徑和中間體。

一般來(lái)說(shuō)，環(huán)氧化反應(yīng)可以分為以下幾個(gè)步驟：

1.進(jìn)攻性開(kāi)環(huán)：環(huán)氧化試劑的氧原子以親電方式進(jìn)攻烯烴的雙鍵，導(dǎo)致環(huán)氧環(huán)的開(kāi)裂，并在雙鍵兩側(cè)形成新的碳正離子。

2.離去：在堿性條件下，負(fù)離子進(jìn)一步攻擊其中一個(gè)碳正離子，最終與原來(lái)的雙鍵碳原子結(jié)合，同時(shí)氧原子離開(kāi)，完成環(huán)氧化過(guò)程。

圖1 烯烴的環(huán)氧化反應(yīng)機(jī)理

傳統(tǒng)的烯烴環(huán)氧化主要依賴(lài)于均相催化劑和強(qiáng)氧化劑，如金屬席堿配合物、金屬卟啉和有機(jī)過(guò)酸等，但這些方法往往存在催化劑回收難、成本高和環(huán)境污染等問(wèn)題。近年來(lái)，烯烴環(huán)氧化催化劑的研究取得了一系列突破。研究者們致力于開(kāi)發(fā)新型催化劑，旨在提高反應(yīng)的選擇性和降低環(huán)境影響。1)鉬基催化劑，這些催化劑在使用有機(jī)過(guò)氧化物作為氧化劑時(shí)表現(xiàn)出了優(yōu)異的催化性能，其中絡(luò)合物催化劑的性能受配體結(jié)構(gòu)的影響很大，可通過(guò)引入手性配體實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)環(huán)氧化。 2)金屬鈷配位聚合物催化劑，以其高的孔隙度和大的比表面積而備受關(guān)注。這種催化劑能夠在H2O2或者分子氧為氧源的條件下催化烯烴環(huán)氧化，提供了一種環(huán)境友好的催化途徑。3)串聯(lián)催化體系，串聯(lián)催化體系通過(guò)組合兩種或以上的催化劑，協(xié)同提升反應(yīng)的效率和選擇性。

盡管烯烴環(huán)氧化技術(shù)取得了不少進(jìn)展，但仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如催化劑的穩(wěn)定性和反應(yīng)機(jī)理的深入研究等。因此，開(kāi)發(fā)高效、環(huán)保的新型烯烴環(huán)氧化技術(shù)成為了研究熱點(diǎn)。

連續(xù)流最為一門(mén)新興技術(shù)，在化工、制藥、環(huán)保等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。相較于傳統(tǒng)的釜式批量反應(yīng)，連續(xù)流反應(yīng)具有許多優(yōu)勢(shì)，如提高反應(yīng)效率、簡(jiǎn)化操作過(guò)程、降低能耗和提高安全性等。特別是在氧化反應(yīng)中，連續(xù)流技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更快速的傳質(zhì)和傳熱，提高反應(yīng)的選擇性和產(chǎn)率，同時(shí)減少副反應(yīng)和有害物質(zhì)的排放，更加符合綠色可持續(xù)發(fā)展的要求。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者和企業(yè)已有多個(gè)烯烴環(huán)氧化的連續(xù)化案例。

案例一：1-辛烯連續(xù)氧化生成1,2-環(huán)氧辛烷

山東某公司采用了自主研發(fā)的微通道反應(yīng)器，以二烷基二硫代磷酸氧鉬為催化劑，以1-辛烯(2.49mol)為原料，35.8%的異丙苯過(guò)氧化氫(CHP，0.92mol)的異丙苯溶液為氧化劑，以烷基水楊酸鉬(其中鉬含量9.5wt%，酸值1.6mgKOH/g)為催化劑，控制換熱系統(tǒng)使一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)以及老化反應(yīng)溫度分別為78℃停留時(shí)間12s、82℃停留時(shí)間12s、86℃停留時(shí)間12s和88℃停留時(shí)間12s。經(jīng)碘量法滴定測(cè)定CHP轉(zhuǎn)化率為99.9%,氣相外標(biāo)法測(cè)定1,2-環(huán)氧辛烷選擇性為99.5%。

案例二：4-苯基-1-丁烯連續(xù)氧化生成 4-苯基-1,2-環(huán)氧丁烷

2023年Yoshihiro Kon發(fā)表了一篇關(guān)于使用流動(dòng)反應(yīng)器用鈦硅沸石-1催化劑通過(guò)H2O2連續(xù)合成環(huán)氧化物。以鈦硅沸石-1 (TS-1) 做催化劑，H2O2作為氧化劑，適用于20多種烯烴的環(huán)氧化，唯一副產(chǎn)物是水。其中，將4-苯基-1-丁烯連續(xù)合成 4-苯基-1,2-環(huán)氧丁烷為例，收率最高可達(dá)98%，轉(zhuǎn)化率最高可達(dá)99%，并且在150小時(shí)內(nèi)連續(xù)運(yùn)行，證明了其穩(wěn)定性和效率。同時(shí)幾乎沒(méi)有或沒(méi)有Ti損失，顯示出催化劑的穩(wěn)定性。

案例三：環(huán)己烯連續(xù)氧化生成環(huán)氧環(huán)己烷

英國(guó)巴蘇德比薩哈于2010年就《用于利用氧化劑對(duì)烯烴化合物進(jìn)行液相環(huán)氧化的連續(xù)工藝》提出了專(zhuān)利申請(qǐng)，這項(xiàng)工藝使用了特殊的塔器設(shè)計(jì)，適合于接收在汽提段中分離的產(chǎn)物，并通過(guò)反應(yīng)蒸餾塔將試劑引入裝置，并以連續(xù)流方式進(jìn)行反應(yīng)。該工藝適用于多種烯烴化合物，包括己二烯、4-乙烯基環(huán)己烯、苧烯、環(huán)辛二烯、環(huán)己烯或蒎烯等。其中就包括將環(huán)己烯氧化生成環(huán)氧環(huán)己烷，以叔丁基過(guò)氧化氫為氧化劑，氧化劑與環(huán)己烯摩爾比1：3.5，PBI.Mo 為催化劑，在70℃下，叔丁基過(guò)氧化氫轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到95%。

案例四：苯乙烯氧化生成苯基環(huán)氧乙烷

浙江大學(xué)催化研究所開(kāi)發(fā)了一套串聯(lián)催化體系，該體系使用鎂鋁水滑石為固體堿催化劑，3-氰基吡啶為促進(jìn)劑，H2O2為綠色氧化劑，實(shí)現(xiàn)了高效的環(huán)氧化反應(yīng)。以苯乙烯氧化生成苯基環(huán)氧乙烷為例，在50℃下，以鎂鋁水滑石為催化劑，3-氰基吡啶為促進(jìn)劑，H2O2為氧化劑，苯乙烯轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到93%，產(chǎn)品選擇性高達(dá)98%。

1.1.2 烯烴的雙羥基化

烯烴的雙羥基化指的是在特定條件下，烯烴被氧化成為1,2-二醇化合物的過(guò)程。這一反應(yīng)可以通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)，其中包括但不限于使用高錳酸鉀、四氧化鋨、臭氧等氧化劑。這些反應(yīng)不僅能夠提供順式或反式的鄰二醇，還能在手性催化劑的作用下產(chǎn)生具有光學(xué)活性的鄰二醇，這在有機(jī)合成和制藥工業(yè)中有著重要應(yīng)用。

反應(yīng)類(lèi)型：烯烴的雙羥基化反應(yīng)可以根據(jù)使用的氧化劑和催化劑的不同，分為多種類(lèi)型，如Upjohn雙羥基化反應(yīng)、Sharpless不對(duì)稱(chēng)雙羥基化反應(yīng)、Shing-Plietker雙羥化反應(yīng)等。這些反應(yīng)在藥物合成、材料科學(xué)等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

圖2 烯烴的雙羥基化反應(yīng)機(jī)理

反應(yīng)機(jī)理：以Upjohn雙羥基化反應(yīng)為例，該反應(yīng)通常在四氧化鋨的催化下進(jìn)行，使用N-甲基-N-氧化嗎啉(NMO)作為共氧化劑。反應(yīng)過(guò)程中，烯烴與四氧化鋨發(fā)生[3+2]環(huán)加成，形成鋨酸酯中間體，然后通過(guò)加水解的方式得到順式鄰二醇。

近年來(lái)，研究人員不斷探索新的雙羥基化反應(yīng)方法和催化劑，以提高反應(yīng)的選擇性和產(chǎn)率。例如，美國(guó)得克薩斯農(nóng)工大學(xué)的Andy A. Thomas教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種利用臭氧和電能實(shí)現(xiàn)烯烴順式雙羥基化反應(yīng)，這種方法可以在不發(fā)生C-C鍵斷裂的情況下構(gòu)建C-O鍵，為綠色可持續(xù)化學(xué)提供了新的途徑。烯烴的雙羥基化反應(yīng)是化學(xué)合成中的一個(gè)重要工具，它的研究和應(yīng)用仍在不斷發(fā)展和完善中。通過(guò)不斷優(yōu)化反應(yīng)條件和催化劑，可以實(shí)現(xiàn)更高效、更環(huán)保的合成路徑，這對(duì)于推動(dòng)化學(xué)合成和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。近年來(lái)使用連續(xù)流工藝進(jìn)行烯烴的雙羥基化也有很多成功的案例。

案例一：苯乙烯氧化合成苯基-1，2-乙二醇

Boyapati M. Choudary以層狀雙氧水和季銨鹽為離子交換劑，共價(jià)結(jié)合樹(shù)脂和硅為離子交換劑，采用離子交換技術(shù)制備了OsO4交換劑。在不對(duì)稱(chēng)二羥基化反應(yīng)中，專(zhuān)門(mén)選擇具有不同特性和相反離子選擇性的離子交換劑來(lái)制備最佳的非均相催化劑。其中，以苯乙烯為原料，NMO為氧化劑，樹(shù)脂OsO4交換劑為催化劑，在室溫下攪拌2-6h即可合成苯基-1，2-乙二醇，收率可達(dá)95%。

案例二：2-甲基2-庚烯氧化合成2-甲基-2,3-庚二醇

奧盧大學(xué)化學(xué)系的Mikko H. Junttila為了了解甲磺酰胺在Sharpless不對(duì)稱(chēng)二羥基化反應(yīng)中對(duì)水解步驟的影響，在有甲磺酰胺和沒(méi)有甲磺酰胺的情況下，對(duì)一系列脂肪族和共軛芳烴進(jìn)行了二羥基化反應(yīng)。以2-甲基2-庚烯為原料，0.1eq配體(DHQD)2PHAL、3eq K2CO3、3eq K3[Fe(CN)6]和1eq CH3SO2NH2為催化劑，在室溫下，即可得到產(chǎn)品2-甲基-2,3-庚二醇，收率96%。

1.1.3 烯烴氧化斷裂

烯烴的氧化斷裂反應(yīng)是有機(jī)化學(xué)中的一個(gè)重要領(lǐng)域，涉及將烯烴中的碳碳雙鍵轉(zhuǎn)化為其他類(lèi)型的化學(xué)鍵，如羰基、羥基等。這類(lèi)反應(yīng)在藥物合成、塑料制造、香料、染料等多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。烯烴的氧化斷裂可以通過(guò)多種途徑進(jìn)行，包括使用高錳酸鉀、臭氧、H2O2等氧化劑，也可以通過(guò)金屬催化的方法進(jìn)行。近年來(lái)，研究者們也在探索無(wú)金屬催化體系，以期找到更環(huán)保、更可持續(xù)的烯烴氧化斷裂方法。

反應(yīng)機(jī)理：烯烴與氧氣和其他氧化劑反應(yīng)生成羰基化合物。氧化斷裂反應(yīng)中，烯烴的雙鍵斷裂生成兩個(gè)小分子化合物，這些產(chǎn)物可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為醇、酮、酸等化合物。

圖3 烯烴的氧化斷裂反應(yīng)機(jī)理

烯烴的氧化斷裂已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)步。紐約大學(xué)Marvin Parasram課題組發(fā)表了一種使用硝基芳烴作為氧轉(zhuǎn)移試劑，在可見(jiàn)光誘導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)的烯烴無(wú)氧斷裂的新方法。這種方法避免了傳統(tǒng)臭氧氧化所帶來(lái)的安全隱患和環(huán)境污染問(wèn)題，顯示出較高的底物兼容性和官能團(tuán)耐受性。

此外，還有研究聚焦于過(guò)渡金屬催化的烯烴氧化斷裂，如使用鐵、鎢、錳、銅、金、鈀、釕等過(guò)渡金屬催化劑進(jìn)行的反應(yīng)。這些催化劑能夠在較低的溫度和壓力下有效地促使烯烴的雙鍵斷裂，生成相應(yīng)的羰基化合物。

綜上所述，烯烴的氧化斷裂反應(yīng)是現(xiàn)代有機(jī)合成化學(xué)中的一個(gè)核心環(huán)節(jié)，其研究和應(yīng)用不斷發(fā)展和深化。新出現(xiàn)的無(wú)金屬催化和無(wú)氧斷裂方法為烯烴氧化斷裂提供了新的思路和方向，有助于推動(dòng)烯烴轉(zhuǎn)化技術(shù)的綠色化和可持續(xù)發(fā)展。使用連續(xù)化的方式進(jìn)行烯烴的氧化斷裂反應(yīng)也是未來(lái)的發(fā)展方向，奧地利格拉茨大學(xué)的C.Oliver Kappe教授已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)出了烯烴的氧化斷裂反應(yīng)連續(xù)流工藝。

案例一：苯乙烯氧化斷裂生成苯甲醛

奧地利格拉茨大學(xué)的C.Oliver Kappe教授等人使用自制的連續(xù)流反應(yīng)器完成了一個(gè)放大鈀催化烯烴氧化裂解的工藝，他以苯乙烯氧化裂解生成苯甲醛作為模版進(jìn)行研究，并進(jìn)行了拓展，對(duì)不同種類(lèi)的烯烴進(jìn)行研究。以苯乙烯氧化斷裂生成苯甲醛為例，PEG400與PhMe1:1做催化劑，在120℃下，苯甲醛的收率可以達(dá)到72%。

1.1.4 烯烴的Wacker氧化

Wacker氧化反應(yīng)是一種重要的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)，它涉及到烯烴在氯化鈀和氯化銅的催化作用下，利用氧氣作為氧化劑直接氧化為醛或酮的過(guò)程。這種反應(yīng)在工業(yè)上主要用于將乙烯氧化成乙醛，是石油化工中的一個(gè)重要工藝。

圖4 烯烴的Wacker氧化反應(yīng)機(jī)理

反應(yīng)機(jī)理：Wacker氧化反應(yīng)的機(jī)理涉及多個(gè)步驟，首先是烯烴與氯化鈀配位，然后水分子作為親核試劑進(jìn)行攻擊，經(jīng)過(guò)一系列的質(zhì)子轉(zhuǎn)移和Pd的氧化還原循環(huán)，最終形成羰基化合物。Wacker氧化反應(yīng)的特點(diǎn)在于它能選擇性地氧化末端烯烴，而不影響其他的不飽和基團(tuán)，如內(nèi)部的烯鍵或醛酮。Wacker氧化反應(yīng)特別是在合成具有生物活性的化合物中有著重要的應(yīng)用，通過(guò)這種反應(yīng)，可以將烯基作為酮或醛基的合成等效體，進(jìn)而用于合成各種有機(jī)化合物。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)Wacker氧化反應(yīng)的研究取得了新的進(jìn)展，例如通過(guò)改變催化劑體系和反應(yīng)條件，使反應(yīng)可以在更低的溫度下進(jìn)行，提高了反應(yīng)的選擇性和效率。同時(shí)，也有研究者嘗試使用廉價(jià)的過(guò)渡金屬催化劑來(lái)替代昂貴的鈀催化劑，以降低成本并減少對(duì)環(huán)境的影響。

Wacker氧化反應(yīng)是一種在有機(jī)合成中具有重要地位的反應(yīng)，其機(jī)理、特點(diǎn)和應(yīng)用都在不斷地被研究和拓展。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，未來(lái)可能會(huì)有更多的改進(jìn)和新穎的應(yīng)用出現(xiàn)。

案例一：對(duì)叔丁基苯乙烯氧化生成對(duì)叔丁基苯乙酮

Toru Hashimoto研究了苯乙烯衍生物在高鐵酸鹽催化下的wacker氧化反應(yīng)。該氧化反應(yīng)以分子氧為唯一氧化劑，以1,1,3,3-四甲基二硅氧烷(TMDS)為還原劑，可以很好地實(shí)現(xiàn)苯乙烯衍生物氧化為酮類(lèi)。其中，對(duì)叔丁基苯乙烯以(PPN)FeCl4為催化劑，TMDS為還原劑，乙醇為溶劑，氧氣1atm下，80℃下反應(yīng)24h，有對(duì)叔丁基苯乙酮生成，產(chǎn)率73%。

案例二：苯乙烯氧化生成苯乙酮

法國(guó)雷恩大學(xué)的Rafael Gramage-Doria博士利用鈷-四苯基卟啉配合物作催化劑，硅烷為氫源，空氣為氧化劑，完成了苯乙烯到苯乙酮的轉(zhuǎn)化，產(chǎn)品選擇性可以到達(dá)99%。

1.2.醇醛酮的氧化

醇醛酮的氧化是一個(gè)重要的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)這一反應(yīng)，可以將醇氧化成醛或酮，甚至是羧酸，這在有機(jī)合成中有著廣泛的應(yīng)用。氧化反應(yīng)可以通過(guò)多種氧化劑進(jìn)行，其中包括但不限于TEMPO/NaOCl系統(tǒng)、PCC氧化、PSwern氧化、Dess-Martin氧化、Oppenauer氧化等。這些氧化劑各有優(yōu)劣，選擇適當(dāng)?shù)难趸瘎┤Q于所需的產(chǎn)物類(lèi)型、底物的結(jié)構(gòu)以及對(duì)反應(yīng)條件的特定需求。

1.2.1 TEMPO/NaOCl系統(tǒng)

TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶氧自由基)是一種穩(wěn)定的氮氧自由基化合物，在氧化醇到醛或酮的過(guò)程中起到催化劑的作用。TEMPO/NaOCl系統(tǒng)在有機(jī)合成中經(jīng)常被使用，因?yàn)樗軌蛟跍睾偷臈l件下有效地氧化伯醇和仲醇。該系統(tǒng)通常需要在低溫下開(kāi)始反應(yīng)，并在室溫下進(jìn)行，反應(yīng)速度快，對(duì)于一些位阻大的醇也能有效氧化。

反應(yīng)機(jī)理：包括幾個(gè)關(guān)鍵步驟，首先是TEMPO與Fe3+的結(jié)合，然后是醇的配體交換，隨后是β-H消除和還原消除過(guò)程，最終得到醛或羧酸。在整個(gè)過(guò)程中，生成的微量NO2會(huì)被Fe2+的還原形成NO，同時(shí)，O2又會(huì)將NO氧化為NO2，并在氧化的同時(shí)，F(xiàn)e3+得到再生，從而完成催化循環(huán)。

圖5 TEMPO氧化體系反應(yīng)機(jī)理

反應(yīng)特點(diǎn)：條件溫和、底物范圍廣、成本較低且環(huán)保。這種方法能夠有效地將伯醇氧化成醛，仲醇氧化成酮，甚至將伯醇氧化成羧酸。特別是2017年麻生明院士研究表明，只需改變添加劑(將氯化鈉換成氯化鉀)就可以實(shí)現(xiàn)從醇直接氧化成羧酸，這在有機(jī)合成領(lǐng)域引起了極大的關(guān)注。

應(yīng)用：不僅適用于簡(jiǎn)單的醇類(lèi)化合物，還適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的醇類(lèi)天然產(chǎn)物分子。此外，由于其反應(yīng)條件溫和，使得該方法在藥物合成和其他精細(xì)化工品的生產(chǎn)中有著潛在的應(yīng)用前景。

TEMPO氧化體系以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在有機(jī)合成領(lǐng)域占有重要地位。它的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展不僅豐富了有機(jī)化學(xué)的反應(yīng)庫(kù)，也為合成化學(xué)提供了更多的可能性。未來(lái)，隨著該反應(yīng)的進(jìn)一步優(yōu)化和應(yīng)用探索，其在化學(xué)合成和醫(yī)藥工業(yè)中的作用將會(huì)更加凸顯。因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)TEMPO氧化體系的連續(xù)流工藝也進(jìn)行了大量研究。

案例一：乳酸氧化生成丙酮酸

江蘇某公司用TEMPO做催化劑，5%硝酸，0.5M DCE做溶劑，在55℃，5bar下使用微通道反應(yīng)器將丙醇酸氧化生成丙酮酸，停留時(shí)間15s，收率可達(dá)96%。

案例二：苯甲醇氧化生產(chǎn)苯甲醛

劉建武等以苯甲醇為原料，次氯酸鈉溶液為氧化劑，TEMPO為氧化催化劑，在連續(xù)流微通道反應(yīng)器中氧化合成苯甲醛。次氯酸鈉、苯甲醇與TEMPO 的摩爾流量比為1.25∶1∶0.01，苯甲醇與DMF 的體積比為1∶10，pH=8，反應(yīng)溫度0 ℃，保留時(shí)間10 min 時(shí)，苯甲醛的收率可達(dá)95.1%。

1.2.2 PCC氧化

PCC氧化反應(yīng)是一種在有機(jī)合成中常用的氧化反應(yīng)，涉及到的主要試劑是氯鉻酸吡啶鹽(Pyridinium Chlorochromate, PCC)。PCC氧化反應(yīng)的特點(diǎn)在于能夠在較為溫和的條件下，將醇類(lèi)氧化成醛或酮，同時(shí)對(duì)不飽和鍵的影響較小，因此在有機(jī)合成中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

反應(yīng)機(jī)理：PCC氧化反應(yīng)的機(jī)理相對(duì)復(fù)雜，涉及多個(gè)步驟。首先，PCC中的氯鉻酸根離子與醇反應(yīng)，生成一個(gè)不穩(wěn)定的中間體，此中間體會(huì)經(jīng)過(guò)一系列的反應(yīng)轉(zhuǎn)化為醛或酮。在這個(gè)過(guò)程中，PCC顯示出其特有的選擇性，能夠優(yōu)先氧化醇類(lèi)而不影響其他官能團(tuán)，這一點(diǎn)對(duì)于有機(jī)合成來(lái)說(shuō)非常重要。

圖6 PCC氧化體系反應(yīng)機(jī)理

以芐醇氧化為苯甲醛為例，PCC可以將芐醇氧化成苯甲醛，而不進(jìn)一步氧化成羧酸。這一反應(yīng)不僅體現(xiàn)了PCC的選擇性，同時(shí)也說(shuō)明了其在氧化過(guò)程中的溫和性。在使用PCC進(jìn)行氧化反應(yīng)時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生一些有害的廢棄物，尤其是六價(jià)鉻，它具有毒性并且在環(huán)境中可能導(dǎo)致污染。因此，在反應(yīng)過(guò)程中需要采取措施，如使用亞硫酸鈉等還原劑，將多余的六價(jià)鉻還原成三價(jià)鉻，以確保反應(yīng)的安全性和環(huán)保性。

PCC氧化反應(yīng)因其獨(dú)特的選擇性和溫和的反應(yīng)條件，在有機(jī)合成領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于其使用的氧化劑中含有潛在的有害物質(zhì)，因此在使用過(guò)程中需要注意廢物的處理和安全措施，以減少對(duì)環(huán)境和人體健康的影響。采用連續(xù)流-固載催化劑的方法，可以有效的提高操作的安全性，降低有毒物質(zhì)的暴露的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可以使反應(yīng)更加可控。

案例一：辛醇氧化生成辛醛

以辛醇為原料，PCC(1.5eq)為催化劑，二氯甲烷為溶劑，在室溫下反應(yīng)2h即可生成辛醛，產(chǎn)率84%;改變反應(yīng)方式，將反應(yīng)模式變?yōu)檫B續(xù)流，以辛醇為原料，PCC(1.1eq)為催化劑，二氯甲烷為溶劑，在室溫下，保留時(shí)間2min即可生成辛醛，產(chǎn)率99%。

1.2.3 Swern氧化

該反應(yīng)利用二甲基亞砜(DMSO)作為氧化劑，在堿性條件和低溫條件下與草酰氯(COCl2)或三氟乙酸酐(TFAA)協(xié)同作用，將一級(jí)醇或二級(jí)醇氧化成醛或酮的反應(yīng)。Swern氧化反應(yīng)的特點(diǎn)在于其反應(yīng)條件溫和，官能團(tuán)耐受性好，適用范圍廣泛，尤其適合于對(duì)熱敏感或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機(jī)分子。

反應(yīng)機(jī)理：涉及多個(gè)步驟，首先二甲基亞砜在無(wú)水條件下與草酰氯或三氟乙酸酐反應(yīng)，生成活性中間體;然后，醇作為親核試劑進(jìn)攻該中間體，在低溫下與中間體發(fā)生反應(yīng)，生成相應(yīng)的醛或酮。在這個(gè)過(guò)程中，三乙胺作為堿促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，最終生成羰基化合物和二甲硫醚。

圖7 Swern氧化體系反應(yīng)機(jī)理

影響因素：包括反應(yīng)溫度、溶劑種類(lèi)、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)物的比例等。反應(yīng)通常在-78℃的低溫下進(jìn)行，以確保中間體的穩(wěn)定性。

Swern氧化反應(yīng)在有機(jī)合成中有廣泛的應(yīng)用，特別是在復(fù)雜化合物的全合成中尤為重要。例如，在合成IRCINAL A和相關(guān)的生物堿時(shí)，Swern氧化反應(yīng)被用來(lái)將高級(jí)三環(huán)醇中間體氧化為二醛，然后再與Wittig試劑反應(yīng)形成末端烯烴。

Swern氧化反應(yīng)是一種在有機(jī)合成中具有重要價(jià)值的氧化方法，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的有機(jī)分子具有良好的官能團(tuán)耐受性。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，Swern氧化反應(yīng)在未來(lái)可能會(huì)有更多的創(chuàng)新應(yīng)用和發(fā)展，有望在更大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)和更高效的合成策略中發(fā)揮重要作用。目前也有學(xué)者成功開(kāi)發(fā)出該氧化反應(yīng)的連續(xù)流工藝，與傳統(tǒng)釜式工藝相比，可以有效的較低操作的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，使反應(yīng)更加可控。

案例一：環(huán)己醇氧化生成環(huán)己酮

江蘇某公司在連續(xù)流微通道反應(yīng)器中，以DMSO+TFAA或Et3N做催化劑，DCM做溶劑，在室溫下，保留時(shí)間8.31s，即可將環(huán)己醇氧化成環(huán)己酮，收率可達(dá)到91%。

1.2.4 Dess-Martin氧化

Dess-Martin氧化主要用于將伯醇氧化成醛，或仲醇氧化成酮。該反應(yīng)通常在室溫下進(jìn)行，使用Dess-Martin試劑(DMP)作為氧化劑，能夠以較高的化學(xué)選擇性和官能團(tuán)耐受性，將醇類(lèi)化合物轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的醛或酮。這種方法的特點(diǎn)是反應(yīng)條件溫和，后處理簡(jiǎn)單，適用于多種官能團(tuán)的保護(hù)，尤其適合于對(duì)酸不穩(wěn)定的底物。DMP氧化反應(yīng)在有機(jī)合成中有廣泛的應(yīng)用，例如在合成藥物、香料、染料等復(fù)雜結(jié)構(gòu)化合物時(shí)，經(jīng)常用到這個(gè)反應(yīng)。

反應(yīng)機(jī)理：DMP中的乙酰氧基首先與醇的烷氧基發(fā)生置換反應(yīng)，接著另一個(gè)乙酰氧基離開(kāi)，并與醇羥基相連的碳原子上的質(zhì)子轉(zhuǎn)移至乙酰氧基上，最終醇被氧化成相應(yīng)的醛或酮。

圖8 Dess-Martin氧化體系反應(yīng)機(jī)理

反應(yīng)特點(diǎn)：1)反應(yīng)條件溫和：一般在室溫下進(jìn)行，不需要高溫高壓;2)高化學(xué)選擇性：能夠特異性地將伯醇氧化成醛，仲醇氧化成酮;3)官能團(tuán)耐受性好：適用于含有多種敏感官能團(tuán)的復(fù)雜底物;4)后處理簡(jiǎn)單：反應(yīng)完成后只需用簡(jiǎn)單的洗滌劑去除副產(chǎn)物即可。

DMP氧化反應(yīng)不僅可以用于簡(jiǎn)單的醇類(lèi)化合物，還可用于含有多種敏感官能團(tuán)的復(fù)雜底物，如在合成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的醇類(lèi)天然產(chǎn)物分子時(shí)，也能夠有效地進(jìn)行后期修飾。

Dess-Martin氧化反應(yīng)因其獨(dú)特的反應(yīng)特點(diǎn)和廣泛的適用性，在有機(jī)合成領(lǐng)域占有重要地位。它的溫和條件、高選擇性和官能團(tuán)耐受性使得它在合成各類(lèi)有機(jī)化合物時(shí)都是一個(gè)非常有價(jià)值的工具。

案例一：1-(4-氯苯基)-3-丁烯-1-醇氧化生成1-(4-氯苯基)-3-丁烯-1-酮

以1-(4-氯苯基)-3-丁烯-1-醇為原料，二氯甲烷為溶劑Dess-Martin試劑(DMP)作為氧化劑，室溫下反應(yīng)2h，即可氧化生成-(4-氯苯基)-3-丁烯-1-酮，收率98%。

1.2.5 Oppenauer氧化

Oppenauer氧化是一種特殊的氧化方法，主要用于將醇氧化成醛，特別是在制備醛時(shí)非常有用。該氧化劑通常包含過(guò)量的甲酸鉀和甲酸鈉，可以在溫和的條件下進(jìn)行。用于將二級(jí)醇氧化為相應(yīng)的酮。

反應(yīng)機(jī)理：涉及到烷氧基金屬鹽催化劑，通常是鋁鹽，如叔丁醇鋁或異丙醇鋁。在反應(yīng)過(guò)程中，二級(jí)醇的羥基氧原子與金屬中心形成配合物，然后通過(guò)一系列的轉(zhuǎn)移步驟，最終將羥基氧原子上的氫原子替換為丙酮分子中的碳原子，從而生成酮。整個(gè)過(guò)程是平衡且可逆的，為了推動(dòng)反應(yīng)向生成酮的方向進(jìn)行，通常需要加入過(guò)量的丙酮。Oppenauer氧化反應(yīng)的機(jī)理包括以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟：

1)形成配合物：二級(jí)醇的羥基氧原子與金屬中心形成配合物;

2)羥基氧的遷移：羥基氧原子從金屬中心遷移到丙酮分子中;;

3)氫的轉(zhuǎn)移：金屬中心上的氫原子轉(zhuǎn)移到丙酮分子中，形成水;

4)酮的形成：剩余的金屬中心與另一個(gè)丙酮分子結(jié)合，形成酮。

圖9 Oppenauer氧化反應(yīng)體系反應(yīng)機(jī)理

Oppenauer氧化法的應(yīng)用例子包括在異丙醇鋁催化下，α-萘烷醇可以被丙酮氧化，以高產(chǎn)率得到α-萘烷酮。另一個(gè)例子是在叔丁醇鋁催化下，6-甲基-壬-3,5,7-三烯-2-醇可以被丙酮順利氧化成相應(yīng)的酮，而雙鍵不受影響。隨著化學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，Oppenauer氧化反應(yīng)也在不斷地被改進(jìn)和發(fā)展。研究者們通過(guò)改變催化劑、溶劑、反應(yīng)條件等方式，不斷提高反應(yīng)的效率和選擇性。例如，近年來(lái)有研究表明，使用新型的鋁催化劑可以顯著提高Oppenauer氧化反應(yīng)的速率和產(chǎn)率。

綜上所述，Oppenauer氧化反應(yīng)是有機(jī)合成中的一個(gè)重要工具，尤其適合于二級(jí)醇到酮的轉(zhuǎn)化。盡管它在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室研究中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但對(duì)其反應(yīng)機(jī)理和條件的深入研究仍在繼續(xù)，旨在進(jìn)一步提高其效率和適用范圍。隨著新催化劑和新方法的開(kāi)發(fā)，Oppenauer氧化反應(yīng)在未來(lái)可能會(huì)有更多的創(chuàng)新和突破。

案例一：2-辛烯-4-醇氧化生成2-辛烯-4-酮

以2-辛烯-4-醇為原料，以乙基氯化鎂和i-Pr2O為催化劑，PhCHO為溶劑，即可得到2-辛烯-4-酮，產(chǎn)率60%。

1.3.胺的氧化

胺的氧化是一個(gè)涉及有機(jī)胺化合物與氧化劑(如氧氣、H2O2等)發(fā)生反應(yīng)的過(guò)程，通常伴隨能量的釋放，最終產(chǎn)生氧化產(chǎn)物。這類(lèi)反應(yīng)在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中都有廣泛的應(yīng)用，尤其是在制藥、染料、農(nóng)藥等行業(yè)中至關(guān)重要。胺的氧化產(chǎn)物通常包括亞胺、腈類(lèi)、氨氧化物等，這些產(chǎn)物在化學(xué)合成和其他工業(yè)過(guò)程中扮演著重要的角色。

胺的氧化反應(yīng)類(lèi)型：可以分為多種類(lèi)型，具體類(lèi)型取決于胺的種類(lèi)和反應(yīng)條件。一級(jí)脂肪胺在氧化過(guò)程中通常形成重氮鹽，但在某些條件下也可生成與胺相應(yīng)的醇和氮?dú)?二級(jí)脂肪胺生成N-亞硝基化合物;三級(jí)胺在氧化反應(yīng)中通常不活躍，可能形成鹽;一級(jí)芳香胺可形成穩(wěn)定的重氮鹽，而二級(jí)芳香胺和三級(jí)芳香胺的氧化反應(yīng)更為復(fù)雜，可能會(huì)生成多種不同的產(chǎn)物。

胺的氧化反應(yīng)機(jī)理：涉及胺分子中的氮原子與其他分子中的親電性原子(如鹵代烷等)發(fā)生取代反應(yīng)，或?qū)⒌友趸癁楦哐趸瘧B(tài)的化合物。例如，胺與氧化劑如H2O2或氧化銀反應(yīng)，生成氨氧化物。這些反應(yīng)的條件因具體的有機(jī)胺和氧化劑而異，但通常需要在氧氣的存在下進(jìn)行。反應(yīng)的溫度、pH值和反應(yīng)時(shí)間等因素也會(huì)對(duì)反應(yīng)速率和選擇性產(chǎn)生影響。

胺的氧化在工業(yè)上主要用于生產(chǎn)腈類(lèi)化合物，這些化合物是重要的基本有機(jī)化工原料，對(duì)未來(lái)的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和化學(xué)工業(yè)發(fā)展具有重要作用。工業(yè)上常用的方法包括氣相氨氧化法，例如甲醇氨氧化制備氫氰酸、丙烯氨氧化制備丙烯腈等。此外，胺的氧化也在制藥、農(nóng)藥、染料等行業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。

胺的氧化催化劑的研究和發(fā)展是當(dāng)前化學(xué)工業(yè)的一個(gè)重要方向。催化劑的改進(jìn)可以提高反應(yīng)的活性和選擇性，降低反應(yīng)溫度，減少副產(chǎn)物的生成，從而提高經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境友好性。例如，鉬系催化劑在氨氧化反應(yīng)中已被廣泛使用，但其穩(wěn)定性有待提高。因此，研發(fā)新型催化劑，如金屬摻雜的錳氧化物，已成為研究的熱點(diǎn)。

目前，胺的氧化反應(yīng)工藝多以間歇式釜式為主，其存在生產(chǎn)效率低，設(shè)備成本高，維護(hù)難度大，反應(yīng)物料混合不均勻，工藝較為復(fù)雜，安全風(fēng)險(xiǎn)高，反應(yīng)控制難度大等問(wèn)題。而連續(xù)流技術(shù)可以通過(guò)精確控制反應(yīng)條件，顯著提高反應(yīng)的選擇性與轉(zhuǎn)化率，同時(shí)降低副產(chǎn)物的生成。

案例一：N-甲基嗎啉氧化合成N-甲基嗎啉N-氧化物

Tobias Baumeister使用微通道反應(yīng)器采用雙氧水氧化法，將N-甲基嗎啉氧化合成N-甲基嗎啉N-氧化物，以N-甲基嗎啉為原料，H2O2為氧化劑，通入1 wt%的二氧化碳，反應(yīng)溫度60℃，保留時(shí)間13.9min，轉(zhuǎn)化了約98%的-甲基嗎啉，N-甲基嗎啉N-氧化物選擇性94%。

案例二：芳苯甲醛氧化生成苯甲酰啉

Jiajia Gu使用無(wú)金屬催化劑在連續(xù)流系統(tǒng)中將芳香醛與胺直接氧化胺化，使用H2O2 / NaBr / H +的催化體系。其中包括苯甲醛與嗎啉在不同反應(yīng)條件下反應(yīng)生成苯甲酰啉。最優(yōu)條件：2eq 30%H2O2，5eq NaBr，1eq硫酸，3V二氧六環(huán)，2eq嗎啉，在80℃，保留時(shí)間25min，收率可達(dá)96%。

二.科芯微流做過(guò)的氧化案例分享

2.1.間二甲苯氧化連續(xù)流工藝

2.1.1 反應(yīng)方程式

圖10 間二甲苯氧化反應(yīng)方程式

2.1.2 實(shí)驗(yàn)操作及流程

①40%硝酸氧化：以間二甲苯為原料，40%硝酸為氧化劑，直接氧化，在120℃~140℃下，探究了反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)壓力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。

②10%硝酸+氧氣氧化：以間二甲苯為原料，10%硝酸為氧化劑，同時(shí)通入氧氣幫助反應(yīng)，在120℃~140℃下，探究了反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)壓力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。

③FeCl3/HCl光催化氧化:以間二甲苯為原料，氯化鐵和鹽酸做催化劑，探究了不同溶劑、反應(yīng)時(shí)間和催化劑的當(dāng)量對(duì)反應(yīng)的影響。

圖11 間二甲苯+硝酸氧化實(shí)驗(yàn)裝置圖

圖12 間二甲苯光催化氧化實(shí)驗(yàn)裝置圖

2.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

探究了不同條件后，①號(hào)反應(yīng)在最優(yōu)條件下，以40%硝酸氧化生成間甲基苯甲酸，收率可達(dá)85%。②號(hào)反應(yīng)在最優(yōu)條件下，以10%硝酸+氧氣氧化生成間甲基苯甲酸，收率76%。使用硝酸氧化的這兩種方法都可以氧化生成間甲基苯甲酸，第一種更為簡(jiǎn)便，收率更高，但是后續(xù)需要處理廢酸廢水;第二種更為清潔，后處理更為簡(jiǎn)單，但是涉及氧氣，操作稍有增多。

③號(hào)反應(yīng)FeCl3/HCl光催化氧化生成間甲基苯甲酸，產(chǎn)率82%。使用光催化將甲基氧化成羧基不僅可以極大減少酸和催化劑的用量，降低反應(yīng)溫度，反應(yīng)條件更加溫和，操作更為便捷，氧化性強(qiáng)，不需要額外的熱能和壓力，低成本可持續(xù)，但是反應(yīng)時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)，瑕不掩瑜，此模式仍具有極廣闊的空間。

2.2.環(huán)戊烷氧化連續(xù)流工藝

2.2.1 反應(yīng)方程式

圖13 環(huán)戊烷氧化方程式

2.2.2實(shí)驗(yàn)操作及流程

先將催化劑在分散至雙氧水中，使其固含量為1.7-2.5wt%。再將雙氧水與環(huán)戊烷按照一定摩爾比打入旋切管式反應(yīng)器中，探究了反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力和保留時(shí)間對(duì)反應(yīng)的影響。待反應(yīng)結(jié)束后，收集產(chǎn)物并分析。

圖14 環(huán)戊烷氧化實(shí)驗(yàn)裝置圖

2.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，環(huán)戊烷轉(zhuǎn)化率為15-40%，環(huán)戊酮+環(huán)戊醇選擇性為95%，酮醇比例為5:1-10:1，雙氧水轉(zhuǎn)化率為99%以上，有效利用率為60-85%。與傳統(tǒng)釜式相比，不僅產(chǎn)品選擇性大大增加，對(duì)雙氧水的利用率也大大提升。

2.3.苯甲醇氧化連續(xù)流工藝

2.3.1 反應(yīng)方程式

圖15 苯甲醇氧化反應(yīng)方程式

2.3.2 實(shí)驗(yàn)操作及流程

將苯甲醇、TEMPO和溶劑按照一定摩爾比例攪拌混合均勻，用硫酸調(diào)節(jié)次氯酸鹽溶液pH=8，分別將兩種物料加入儲(chǔ)罐中。兩股物料分別經(jīng)計(jì)量泵連續(xù)泵入微通道反應(yīng)器中。在反應(yīng)完成后，收集產(chǎn)物并加入硫代硫酸鈉淬滅反應(yīng)。最后，經(jīng)蒸餾分離得到目標(biāo)產(chǎn)物。探究了物料比、溶劑的量、Ph、反應(yīng)溫度和保留時(shí)間對(duì)反應(yīng)的影響。

圖16 苯甲醇氧化反應(yīng)裝置圖

2.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在最優(yōu)條件下，苯甲醛的最大收率可達(dá)95.1%。與傳統(tǒng)釜式相比，不僅大大縮短了反應(yīng)時(shí)間，還大大提升了反應(yīng)收率。

2.4. 二甲硫醚氧化連續(xù)流工藝

2.4.1 反應(yīng)方程式

圖17 二甲硫醚反應(yīng)方程

2.4.2 實(shí)驗(yàn)操作及流程

以99%純度的二甲硫醚做反應(yīng)液A，以30%純度的雙氧水做反應(yīng)液B，二者以適當(dāng)?shù)奈锪媳冗M(jìn)行反應(yīng)，兩股物料分別經(jīng)計(jì)量泵連續(xù)泵入微通道反應(yīng)器中，通過(guò)不同的微通道反應(yīng)設(shè)備最終氧化生成DMSO。探究了反應(yīng)器、反應(yīng)模式、保留時(shí)間和反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)的影響。

圖18 二甲硫醚氧化設(shè)備流程圖

2.4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在最優(yōu)條件下，DMSO的收率可達(dá)99.1%。與傳統(tǒng)釜式相比，反應(yīng)時(shí)間被縮短，反應(yīng)更加安全，收率更高。

三.總結(jié)與展望

傳統(tǒng)釜式氧化模式能耗較高，需要消耗大量的能源來(lái)維持反應(yīng)過(guò)程，大部分需要高溫高壓，效率極其有限;操作復(fù)雜危險(xiǎn)，操作人員需要精確控制反應(yīng)條件，對(duì)操作人員的技術(shù)要求較高;設(shè)備投資大，建立和維護(hù)氧化設(shè)備工藝需要極大資本投入;安全風(fēng)險(xiǎn)高：會(huì)使用到危險(xiǎn)化品，有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

而連續(xù)流作為為一門(mén)新興技術(shù)，在化工、制藥、環(huán)保等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。相較于傳統(tǒng)的釜式批量反應(yīng)，連續(xù)流反應(yīng)具有許多優(yōu)勢(shì)，如提高反應(yīng)效率、簡(jiǎn)化操作過(guò)程、降低能耗和提高安全性等。特別是在氧化反應(yīng)中，連續(xù)流技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更快速的傳質(zhì)和傳熱，提高反應(yīng)的選擇性和產(chǎn)率，同時(shí)減少副反應(yīng)和有害物質(zhì)的排放，更加符合綠色可持續(xù)發(fā)展的要求。通過(guò)不斷的技術(shù)創(chuàng)新和實(shí)踐驗(yàn)證，連續(xù)流氧化反應(yīng)技術(shù)將繼續(xù)在化工生產(chǎn)中扮演重要角色，推動(dòng)相關(guān)行業(yè)向更高效、安全、環(huán)保的方向發(fā)展。

連續(xù)流的模式不僅可以提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)物料的連續(xù)流動(dòng)，避免了間歇式反應(yīng)器中的裝料、卸料等繁瑣操作;還可以改善產(chǎn)品質(zhì)量，反應(yīng)物料可以保持穩(wěn)定的濃度和溫度，避免了傳統(tǒng)反應(yīng)器中存在的溫度波動(dòng)和濃度波動(dòng)等問(wèn)題;增強(qiáng)安全性，可以有效降低反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的反應(yīng)條件，減少了反應(yīng)失控的可能性，尤其適用于那些具有強(qiáng)放熱、反應(yīng)劇烈等特點(diǎn)的氧化反應(yīng)。