Для цитирования:
Туктаров Т. Р., Ристовски Д. В., Садыков Р. А., Грабовский С. А. Синтез радикала TEMPONE. Некаталитическое окисление 2,2,6,6-тетраметил-4-оксопиперидина гем-бис(гидроперокси)циклогексаном // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2026. Т. 26, вып. 3. С. 293-298. DOI: 10.18500/1816-9775-2026-26-3-293-298, EDN: FTAZXW
Синтез радикала TEMPONE. Некаталитическое окисление 2,2,6,6-тетраметил-4-оксопиперидина гем-бис(гидроперокси)циклогексаном
Стабильные нитроксильные радикалы, такие как TEMPONE, широко применяются в органическом синтезе и ЭПРспектроскопии. Традиционные методы их получения из вторичных аминов часто требуют использования катализаторов на основе переходных металлов, жестких условий или агрессивных реагентов, что приводит к протеканию побочных процессов. В связи с этим актуальной задачей является поиск новых, более селективных окислительных систем. В данной работе предложен и исследован новый некаталитический метод синтеза радикала TEMPONE путем прямого окисления 2,2,6,6-тетраметил-4-оксопиперидина с помощью циклогексилиден-1,1-бис(гидропероксида). Окисление проводили в толуоле при температурах 297 и 318 К. Мониторинг реакции, подтверждение структуры продукта и расчет его концентрации осуществляли методом ЭПР-спектроскопии. Экспериментально подтверждено селективное образование радикала TEMPONE. Зарегистрированные спектральные параметры (изотропная константа сверхтонкого взаимодействия 1.415 мТл, g-фактор 2.0031) полностью соответствуют структуре целевого соединения. Отсутствие сигналов побочных парамагнитных частиц в спектрах доказывает высокую специфичность действия гем-бис(гидропероксида). Установлено, что процесс протекает по бимолекулярному механизму без предварительного гомолитического распада пероксида, обеспечивая максимальный выход нитроксильного радикала до 84.4% при 297 К. Кинетические измерения показали, что начальная скорость реакции увеличивается почти в три раза при повышении температуры до 318 К. Предложенный подход позволяет проводить окисление пространственно-затрудненных аминов в нейтральныхусловиях без использования металлокомплексного катализа. Доказано, что геминальные бис(гидропероксиды) способны выступать в роли эффективных и контролируемых источников активного кислорода. Это открывает новые возможности для их применения в качестве безопасной альтернативы традиционным окислителям при синтезе функционализированных производных нитроксильных радикалов.
-
Leifert D., Studer A. Organic synthesis using nitroxides // Chemical Reviews. 2023. Vol. 123, № 16. P. 10302–10380. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00212
-
Gwozdzinski K., Pieniazek A., Gwozdzinski L. Nitroxides: Chemistry, antioxidant properties, and biomedical applications // Molecules. 2025. Vol. 29, № 20. Art. 4930. https://doi.org/10.3390/molecules30102159
-
Torricella F., Pierro A., Mileo E., Belle V., Bonucci A. Nitroxide spin labels and EPR spectroscopy: A powerful association for protein dynamics studies // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Proteins and Proteomics. 2021. Vol. 1869, № 7. Art. 140653. https://doi.org/10.1016/j.bbapap.2021.140653
-
Marshall D. L., Christian M. L., Gryn'ova G., Coote M. L., Barker P. J., Blanksby S. J. Oxidation of 4-substituted TEMPO derivatives reveals modifications at the 1- and 4-positions // Organic & Biomolecular Chemistry. 2011. Vol. 9, № 13. P. 4936–4947. https://doi.org/10.1039/C1OB05037K
-
Розанцев Э. Г., Шолле В. Д. Современная химия стабильных свободных радикалов // Успехи химии. 1971. Т. 40, № 3. С. 417–443. https://doi.org/10.1070/rc1971v040n03abeh001915
-
Mahapatro S. N., Kallan N. C., Hovey T. A., De Dios R. K., Vergil C., Lai T., De Dios R. C., Tran D., McEvoy J. P. TEMPO synthesis, characterization and catalysis: An integrated upper-division laboratory // Journal of Chemical Education. 2024. Vol. 101, № 12. P. 5449–5459. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.4c00739
-
Terent’ev A. O., Platonov M. M., Kutkin A. V. A new oxidation process. Transformation of gem-bishydroperoxides into esters // Central European Journal of Chemistry. 2006. Vol. 4, № 2. P. 207–215. https://doi.org/10.2478/s11532-006-0012-6
-
Zha Q., Wu Y. Synthesis of Primary gem-Dihydroperoxides and Their Peroxycarbenium [3+2] Cycloaddition Reactions with Alkenes // The Journal of Organic Chemistry. 2020. Vol. 85, № 21. P. 14121–14138. https://doi.org/10.1021/acs.joc.0c02180
-
Jakka K., Liu J., Zhao C. G. Facile epoxidation of α,β-unsaturated ketones with cyclohexylidenebishydroperoxide // Tetrahedron Letters. 2007. Vol. 48, № 8. P. 1395–1398. https://doi.org/10.1016/j.tetlet.2006.12.104
-
Terent’ev A. O., Platonov M. M., Ogibin Y. N., Nikishin G. I. Convenient synthesis of geminal bishydroperoxides by the reaction of ketones with hydrogen peroxide // Synthetic Communications. 2007. Vol. 37, № 8. P. 1281–1287. https://doi.org/10.1080/00397910701226384
-
Liu F., Karoui H., Rockenbauer A., Liu S., Ouari O., Bardelang D. EPR Spectroscopy: A Powerful Tool to Analyze Supramolecular Host•Guest Complexes of Stable Radicals with Cucurbiturils // Molecules. 2020. Vol. 25, № 4. Art. 776. https://doi.org/10.3390/molecules25040776
-
Windle J. J. Hyperfine coupling constants for nitroxide spin probes in water and carbon tetrachloride // Journal of Magnetic Resonance (1969). 1981. Vol. 45, № 3. P. 432–439. https://doi.org/10.1016/0022-2364(81)90150-5
-
Thamleena H., Mathew J., Sajith P. K. Unraveling the isotropic hyperfine coupling constants of nitroxide radicals via molecular electrostatic potential analysis // The Journal of Physical Chemistry A. 2024. Vol. 128, № 31. P. 6373–6381. https://doi.org/10.1021/acs.jpca.4c02691
-
Andriyashina N. M., Grabovskii S. A., Safiullin R. L. Decomposition kinetics of 1,1-dihydroperoxycyclohexane in some organic solvents // Letters in Organic Chemistry. 2023. Vol. 20, № 3. P. 193–196. https://doi.org/10.2174/1570178619666220727114411