大咖论道

文章

麻生明：高效氧化有机合成的全新方法

来源： 名家讲堂 日期：2026-09-23 点击：886 属于：大咖观点

作者：麻生明（中国科学院院士，复旦大学化学系教授）

在化学合成领域，催化剂的选择及其应用一直是科学家研究的热点，而麻生明氧化反应作为一种高效的氧化反应，最近备受关注。该反应以其独特的反应机理和广泛的适用性，让有机合成领域中的科研人员为之震撼。有机合成在医药化学、材料科学等各大领域中占据着至关重要的地位，而氧化反应作为常见的合成手段，如何高效且选择性地转化反应物是科学家们一直以来的追求。
近年来，随着环保和可持续发展理念的逐步深入，人们对传统有机合成方法的局限性展开了深入反思。特别是在催化剂的使用上，如何实现催化剂的低成本、环境友好以及高选择性，成为了亟待解决的问题。麻生明氧化反应这一反应的提出，无疑为这一领域带来了新的曙光。通过使用铁硝酸盐和TEMPO的催化体系，该反应能够以环境友好的方式将醇类化合物高效转化为醛或羧酸，展示出强大的回报潜力。更为重要的是，这一反应的普适性不仅限于常规的醇类物质，甚至复杂结构的天然产物也能够被有效转化。

一、麻生明氧化反应的核心机制

这项革命性的技术早在1987年就已被Anelli首度提出，之后经过多位科学家的改进和推广，逐步形成了以TEMPO为核心催化剂的高效氧化反应体系。在理解其反应机制之前，我们需要先熟悉几个关键试剂。四甲基哌啶氧化物 (TEMPO)：作为一种相对稳定的有机自由基，它在反应中作为催化剂，引导醇的氧化过程；铁硝酸盐 (Fe(NO3)3·9H2O)：提供必要的Fe3+，促进反应的进行；氧气 (O2)：作为氧化剂，促进催化作用；氯化物 (NaCl/KCl)：作为助催化剂，调节反应环境，影响反应的选择性和效率。
为了更好地理解反应的机制，首先，TEMPO在反应中与Fe3+形成中间体，通过配体交换将醇引入反应位点。接着，醇经过β-H消除及还原消除反应生成醛或酮，同时生成的TEMPOH再被Fe3+氧化重生，完成催化循环。这个过程不仅高效而且能够有效保证反应物的选择性，避免二次氧化为羧酸。通过引入不同的氯化钠或氯化钾，反应选择性的实现则另辟蹊径。特别是KCl的加入，能够显著提高醛的转化为羧酸的转化效率。这一发现无疑提升了该反应的应用范围，让其在高附加值化合物的合成过程中大放异彩。

二、案例分析与应用前景

在实践中，麻生明氧化反应的实际应用已经在多项研究中得到了验证。通过分析几项关键的文献报道，我们可以更清晰地看到其在多个领域的应用潜力。医药化学：在药物开发和合成中，许多活性成分需要通过氧化反应来实现功能的转变。该反应为一些关键中间体的合成提供了可行的路线。特别是对具有增强活性和特殊药效的分子，麻生明氧化反应展现出的高选择性和温和条件使其成为理想的选择。
材料科学：在新型材料的研发中，许多高分子材料需要通过氧化改性来改善其性能。利用该反应，科学家们可以有效地将某些聚合物氧化成具有更优异性质的衍生物。绿色化学：在当前环保趋势的引领下，化学合成的可持续性交替成为日益重要的课题。麻生明氧化反应由于其高效能源利用和环境友好的实际效果，将成为绿色化学的重要成员。从药物合成到材料改性，从基础研究到工业应用，这一反应均有可能展现出广阔的应用前景。

三、未来展望

当前，麻生明氧化反应已经初步形成了一整套科研和应用模式，但是想要在更广泛的层面提升其实用性，依然需要得到进一步的验证和发展。未来的研究方向包括：反应条件的优化：探索不同催化剂和助催化剂的组合，以期获得更为高效、温和的反应条件。多元化反应物的应用：测试并验证更多类型的醇类和其他化合物对本反应的响应，以拓宽该方法的实用性。工业化生产的探索：如何实现实验室规模向工业规模的转变，成为关注的焦点，探索与商业化企业合作或优化实验设计，推动反应的实际应用。

作者介绍：

麻生明：有机化学家，中国科学院院士、第三世界科学院院士，复旦大学化学系教授、博士生导师，中国科学院上海有机化学研究所研究员，教育部长江学者特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者。麻生明院士主要从事联烯及其类似物化学方面的研究，开展金属催化的联烯反应，联烯的亲核加成反应，联烯的亲电加成反应，联烯自由基化学和酶催化反应，联烯的合成化学，以及自己发展的这些方法学在天然产物合成中的应用。主持多项国家自然科学基金重大国际合作项目和重点项目，中国科学院海外合作伙伴计划项目、优秀实验室项目、是科技部973项目“创造新物质的分子工程学”首席科学家之一；申请和授权的中国和国际发明专利10多项；发表论文500多篇，其中J. Am. Chem. Soc.上19篇，Angew. Chem. Int. Ed.上35篇，Acc. Chem. Res.和Chem. Sci.上各3篇，Nature Communications上4篇，Chem. Rev.上1篇。获得2004年世界华人有机化学奖、2005年IUPAC OMCOS Award、2006年度国家自然科学二等奖、2010年度上海市自然科学一等奖、2022年复旦 “瑞清”教育基金专项奖—近思教席。

上一文章：陈清华：如何科学地识人、选人、用人？

下一文章：何积丰院士：《打通城市内部的“孤岛信息”》