己二酸是最重要的塑料单体之一。目前，己二酸主要是由石油基的环己烷首先氧化为K/A油（环己酮和环己醇的混合物），再进一步经由硝酸氧化制得。其中，环己烷可以由可再生的木质素加氢脱氧制得，但这个过程需要消耗大量的氢气。此外，从糖类衍生的中间体2,5-呋喃二甲酸出发也可以得到己二酸产物，但是该过程也需要大量的氢气去脱除四分子的羟基。开发一条更经济高效的可持续路径生产己二酸是具有重大意义的。据报道，木质素基的愈创木酚也可以转化为己二酸，需要经过苯环的饱和和氧化开环两个过程。以2-甲氧基环己酮（2-MCO）为底物，H₆PV₃Mo₉O₄₀为催化剂，在甲醇溶剂中可以得到一定收率的己二酸二甲酯。但是，直接从2-MCO出发经氧化高收率地得到自由的己二酸产物还没有被实现。

近日，日本东北大学的研究团队以不含钒的杂多酸催化剂，将2-MCO底物一步直接氧化为己二酸，碳收率高达74%，摩尔收率高达86%，作者对该反应进行了动力学和反应机理的研究，发现该过程不是经由自由基的自氧化过程，而是单电子氧化过程。

以2-MCO为底物，己二酸（AA）的最大碳收率为86%。作者首先筛选了不同的氧化催化剂，钒催化剂被认为是很好的氧化断键催化剂，在之前报道的各种底物中都表现出优异的性能。而以V₂O₅作为该反应的催化剂时，AA产率较低，另有很多短链二羧酸和CO₂生成。接着作者又将钒基催化剂和杂多酸相结合使用，AA的收率得到了一定的提升，抑制了短链二羧酸的生成。有趣的是，当仅以H₃PW₁₂O₄₀为催化剂时，也可以得到较高收率的AA，而该催化剂在之前报道的5-羟甲基糠醛的氧化等氧化反应中没有展现出催化活性。而以它为催化剂时仅有少量的CO₂生成，说明其催化断碳碳键的能力弱于钒基催化剂。

之后，作者对该反应的反应条件进行了优化，主要包括了：氧气的压力，[H⁺]和[PW₁₂O₄₀^3-]的比例，底物浓度和催化剂的循环使用。其中，在较低的氧气压力氛围中，随着氧气压力的变化，反应速率和AA选择性不变，说明该反应对氧压为零级动力学。而[H⁺]和[PW₁₂O₄₀^3-]浓度的成倍增加均会导致反应速率的线性增长，说明该反应对催化剂量为一级动力学。通过对底物浓度的改变，发现该反应对2-MCO的浓度为一级动力学。

此外，由于该杂多酸为均相催化剂，在催化剂的循环套用时，作者利用AA在冷水中的溶解度较低这点，反应之后将温度降为零度，产物AA可以以固体的形式过滤出来，再将下轮套用的底物加入。该分离方法也为其他产物在均相催化剂中的分离提供了一定的借鉴。反应完之后，作者将溶液进行了³¹P NMR的表征，发现反应后H₃PW₁₂O₄₀催化剂还是以杂多酸的结构存在，说明该催化剂结构稳定，可以循环使用。

通过相关底物的反应，作者发现酮基和甲氧基官能团的存在对该反应的发生具有重要作用。H₃PW₁₂O₄₀催化剂在氧化断裂甲氧基酮中的C-C键时具有高的反应活性，而对羟基酮的活性较弱。之后，作者发现自由基抑制剂的加入并没有抑制该反应的进行，说明该反应不是经过了自由基的自氧化机理。

根据实验数据和动力学的研究，作者提出了该反应可能的反应路径。首先，2-MCO在催化剂的作用下被单电子氧化为烯醇式，这一步为该反应的决速步骤。酸性的反应介质有利于稳定该有机阳离子中间体的存在。之后，氧气与甲氧基上的碳成键形成过氧物种，催化剂脱除，水化开环得到己二酸酯，在水溶剂中水解最终得到AA产物。之后，作者还对2-MCO烯醇式的自由基阳离子的形成能进行了计算，发现所需能量较低。

作者以H₃PW₁₂O₄₀作为催化剂，以氧气作为氧化剂，在水溶液中将2-MCO转化为AA和甲醇，碳收率为74%，摩尔收率为86%，远高于之前报道的己二酸二甲酯的收率。该催化反应对底物浓度和催化剂量为一级动力学，对氧气压力为零级动力学，表明了底物的活化为该反应的决速步骤。机理研究发现该反应不是常见的自由基自氧化机理，而是单电子氧化机理。

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/gc/d0gc01277g

Kosuke Hatakeyama, Yoshinao Nakagawa*, MasazumiTamura and Keiichi Tomishige* Efficient production of adipic acid from2-methoxycyclohexanone by aerobic oxidation with a phosphotungstic acidcatalyst. DOI: 10.1039/d0gc01277g