难以捉摸的甲氧基自由基暗示着独特的、更可持续的化学转化

随着一种新的更实用的方法的发展，科学家们正在探索这种以前难以捉摸的物种的有趣的反应性。由于甲酰氧基比其他亲电自由基弱得多，从而为C-H键的选择性激活提供了机会，因此，对甲酰氧基的改善可能会导致更清洁和更可持续的工业产品路线。

长期以来，甲酸氧基自由基HC(O)O日圆一直与多种不同的反应有关，在20世纪50年代首次被认为是在电离辐射存在下甲酸和羟基自由基之间反应的中间体。最近，它被认为存在于二氧化碳还原为甲酸和甲酸氧化过程中，这是直接甲酸燃料电池中发生的一个重要的能量排列过程。由于对自由基建模的理论挑战，甲氧基也是一个令人好奇的对象。此外，检测甲酰氧基自由基的实验反应性受到先前方法的限制，需要在下降电极设置中使用有害的汞。

“HC(O)O不的电子结构多年来一直是持续理论和光谱研究的主题，但自由基的寿命很短，”解释说莎莉布拉德沃他是英国南安普顿大学的有机化学家，没有参与这项研究。解离得到H和CO₂“它非常快，因此缺乏在有机底物存在的情况下原位生成HC(O)O不的实用方法，限制了它在有机反应中作为活性物质可能发挥的作用的研究。”

在原位生成甲酰氧基自由基的可接近的合成路线的障碍已经被克服罗尼诺伊曼和他在以色列魏茨曼科学研究所的团队。他的团队设计了一种方法，在电催化条件下用铂阳极和一个关键的多金属氧酸阴离子来稳定自由基，从而转化甲酸。¹

多金属氧酸盐[Co .³W₁₂O₄₀］^{5 -}该小组最初对其进行了研究，因为它具有可以氧化C-H键的有趣特性。Neumann说:“我们对碳氢化合物氧化一直很感兴趣，特别是这种催化剂，因为它具有很高的氧化电位。”虽然这种高氧化电位允许激活通常惰性键，但它通常不广泛应用于催化物种。“如果你的氧化电位足够高，可以进行反应，其中一个问题是，很难用像O这样方便的氧化剂来达到这些氧化态₂”。

这就需要电化学条件来恢复[Co]的活性状态³W₁₂O₄₀］^{5 -}探索它的反应性。当多金属氧酸盐被引入到铂阳极和甲酸的电化学反应装置中时，研究小组发现苯很容易转化为甲酸苯酯，这种转化涉及到难以捉摸的甲酰氧基自由基。

研究小组的进一步研究证实了甲酰氧基自由基的参与，由于多金属氧酸盐的稳定作用，它的短暂存在足以与C-H键反应。通过减缓甲氧基自由基对H和o的离解₂与(有限公司³W₁₂O₄₀］^{5 -}他们发现了一种产生自由基的方法。“一种新的、可靠的电化学生成HC(O)O不的方法确实是个好消息，”布拉德沃思评论道。

Neumann和他的同事们现在已经将他们对甲酰氧基自由基的研究扩展到其他碳氢化合物系统，如功能化芳烃和线性末端烯烃，目的是了解自由基的性质如何允许通常惰性的C-H键被选择性地激活。在这项研究中，该团队发现了意想不到的，令人惊讶的和潜在有用的化学反应，关于甲氧基自由基如何与C-H键有关。²

反应性调查

其中的关键是甲氧基自由基相对较弱，这使它具有选择性激活某些碳氢键的能力。例如，自由基可以从甲苯和乙苯中提取氢，但不能从环己烷中提取氢。英国圣安德鲁斯大学(University of St Andrews)的约翰•沃尔顿(John Walton)指出:“诺伊曼和同事成功地发现了一种清洁生成甲氧基的方法，这将对多个领域产生影响。”沃尔顿的研究涉及自由基化学。“他们在这种以氧为中心的物种身上发现了令人惊讶的化学成分，比如它相对不愿脱羧，而且倾向于添加芳环。”

这种氧化芳环的能力为选择性电化学C-H氧化创造了机会。诱人的是，这可能会导致一种更清洁的将苯转化为苯酚的电化学方法。诺伊曼解释说，目前的工业过程包括高温高压的苯与丙烯的frieel - crafts烷基化，形成异丙烯，然后与分子氧反应，这是一个混乱的路线，产生两种产物，苯酚和丙酮，这在总体产量方面也是不受欢迎的。另一种避免高温高压的途径是通过甲酰氧基自由基与苯反应生成甲酸苯酯。随后的水解产生苯酚。

诺伊曼进一步解释说，甲酰氧基自由基可以整理另一个重要但有问题的过程——长链醛的产生。诺伊曼解释说:“烷基醛是通过氢甲酰化过程产生的，这个过程依赖于合成气(氢和一氧化碳的混合物)的形成。”合成气是由甲烷在非常高温的过程中产生一氧化碳而制成的₂氢甲酰化反应是世界上最大的均相氧化过程之一。这是一个很大的产业。因此，如果我们能够基于我们所建议的东西制造出电化学过程，那将是一个巨大的优势。”

在电化学条件下原位生成甲酰氧基自由基也可能为合成醛类化合物提供一种新的方法。研究小组已经证明，甲酰氧基自由基在一定条件下优先与末端烯烃进行反马尔可夫尼科夫氧化加成，从而直接获得主要产物醛。由于生成甲酰氧基的反应是电化学的，因此该过程避免了依赖合成气以及氢甲酰化所需的能源密集型温度和压力。

布拉德沃斯解释说:“自由基作为抗马尔可夫尼科夫烯烃氧化试剂的实际演示本身在合成上是有用的，但在连续加工电合成中的潜在应用也令人兴奋。”“电化学方法现在引起了极大的兴趣——通常在更温和的条件下进行，与传统的批反应相比，具有更高的官能团耐受性、可扩展性和更小的环境影响。”

然而，制备自由基的合成方法还需要进一步改进，才能推广到连续流电化学中。虽然甲氧基比乙酸形成的酰基自由基更不愿意脱羧和离解，但由于甲基自由基比氢自由基更稳定，因此C-H活化和氧化加成反应的整体法拉第效率仍然很低。Neumann解释说，这是由于不能足够快地使用原位生成的自由基，他的团队计划探索电化学工程方法的可能性，以提高这种效率，也可能针对所使用电极的性质。

虽然改善甲酰氧基自由基的原位生产可能有一天会导致竞争和更整洁的工业过程，但在绘制这种难以捉摸的实体的化学图谱方面的进展已经允许提高对自由基反应的理解。布拉德沃斯敏锐地强调了这一进展的重要性，并指出“对我来说，这项工作最有趣的方面是研究人员已经能够研究芳香取代反应的动力学，其中甲酰氧基自由基是一种亲电氧化剂。”这为预测更复杂的羧基自由基的反应性提供了第一个基础。