CN111757866A - 烃的直接氧化胺化 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种将包含至少一个C‑H键的烃转化为氮官能化产物的方法。该方法包括使烃与(i)氧化亲电试剂，或(ii)氧化剂和还原形式的氧化亲电试剂，在溶剂中接触，以提供氮官能化产物和亲电还原产物；所述(i)氧化亲电试剂包含(a)氧化形式的主族元素或过渡金属，和(b)至少一个含氮配体；所述还原形式的氧化亲电试剂包含(a)主族元素或过渡金属和(b)至少一个含氮配体。本发明还提供一种氧化组合物，其包含具有至少一个含氮配体的氧化亲电试剂，以及不可氧化的液体。

Description

烃的直接氧化胺化
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2017年12月1日提交的美国临时专利申请62/593,320的权益，出于所有目的，其公开内容通过引用整体并入本文。
背景技术
低分子量的烷基胺和芳基胺(例如，基于C1-、C2-、C3-和C6-的碳片段)是化学工业中使用的份额最大的胺。这些材料对多种化学工业都很重要，包括例如橡胶、染料、药物、聚合物树脂和纤维。然而，目前在化学工业中尚未开发出通过使用相对不具反应性的小分子例如烷烃来生产低分子量烷基胺和芳基胺的有效且低成本的技术。这些小分子原料高度丰富并且易于获得，但是由于各种缺点而未被充分利用。例如，在甲烷转化为甲胺的过程中，原料甲烷的均裂C-H键合强度约为105kcal/mol。相比之下，产物甲胺的均裂C-N和C-H键合强度分别约为87kcal/mol和约为92kcal/mol。因此，在自由基反应中，氧化过程的产物(即，C-N或C-H键)通常比起始原料更具反应性。最常见的氧化反应是基于自由基反应机理。因此，这种对自由基的不利反应性导致对产物的低选择性以及由于产物的过度氧化而产生的副产物的形成。
形成C-N键的常用技术要么要求苛刻的条件，导致低的产品选择性(包括由于过度氧化而形成的副产物)，要么由于其复杂性而使底物高度独特且昂贵。常规地，烷基胺和芳基胺由反应性中间体例如烯烃或醇，和/或使用昂贵的试剂例如硝酸或氯气制备(参见例如图1)。通常，这些路线是能源密集型、昂贵的，并且产生过多的排放物和废物。迄今为止，已经报道的用于将轻质烷烃(例如甲烷、乙烷或丙烷)与NH3通过直接一步法直接转化为相应的胺(例如甲胺、乙胺等)的唯一方法是利用光化学反应。然而，光化学反应是昂贵的并且受到选择性问题和过度氧化的影响。
用于由C-H键形成C-N键的常见替代方法包括通过金属氮宾氧化物(nitrenoid)、游离氮宾氧化物、氮自由基和/或有机氮宾氧化物进行的机理。然而，这些技术具有缺点，例如反应性中间体(例如，自由基或氮宾中间体)可能需要昂贵的催化剂或试剂，并且经常需要高分子量的底物、分子内反应性和/或定向基团。
据称，通过C-H活化操作的C-H到C-N转化的唯一实例是不利用自由基或氮宾中间体的过程，它需要分子内过程和/或底物中的杂原子定向基团。因此，未知的是将未官能化的低分子量烷烃和芳烃的C-H键直接转化为胺的基于非自由基，非氮宾的替代物。
因此，仍然需要提供用于氧化相对不具反应性的小分子以直接提供其胺对应物的技术。特别有用的方法将是温和的和成本有效的，以将容易获得的小分子原料转化为有用的基于胺的产品和化学结构单元。
发明概述
本发明提供了一种将包含至少一个C-H键的烃转化为氮官能化产物的方法，该方法包括，基本上由以下组成或由以下组成：使烃与(i)氧化亲电试剂，或(ii)氧化剂和还原形式的氧化亲电试剂，在溶剂中接触，以提供氮官能化产物和亲电还原产物，和任选地分离氮官能化产物和亲电还原产物；所述(i)氧化亲电试剂包含(a)氧化形式的主族元素或过渡金属和(b)至少一个含氮配体；所述还原形式的氧化亲电试剂包含(a)主族元素或过渡金属和(b)至少一个含氮配体。
本发明还提供了一种氧化组合物，其包含，基本上由以下组成或由以下组成：(a)一种氧化亲电试剂，其包含氧化形式的主族元素或过渡金属和至少一个含氮配体；(b)不可氧化的液体，其选自氟化烃、砜、失活的芳烃、失活的脂族、失活的杂芳烃、失活的杂脂族、式为HNY2或H2NY的化合物，和它们的组合，其中Y是吸电子基团；(c)任选地一种或多种式为Za(NHnY2-n)p的添加剂，其中Z为阳离子，Y为吸电子基团。Y基团可包括芳基(例如失活的芳基)、-F、-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'、-NO2、-NO、-CH2SO2、-SO2R、-SO2F、-SO2OH、-SO2NH2或-P(O)RR'，其中R和R'相同或不同，并且各自为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族，a为1至5，n为0或1，并且p为1到5。
附图的简要说明
图1示出了生产商业规模的有机胺的当前工业路线。
图2示出了经由C-H活化和M-R官能化的R-H至R-X的转化。
图3示出了来自Hg(NTf2)2在HNTf2中与乙烷反应的粗反应混合物的1H NMR谱。
图4示出了来自T1(OTFA)3在HNTf2中与乙烷反应的粗反应混合物的1H NMR谱。
图5示出了所建议的实施例3的反应的反应进度图。
图6示出了所建议的实施例3的反应的机理图。
图7示出了来自Hg(NTf2)2在HNTf2中与甲烷反应的粗反应混合物的1H NMR谱。
图8示出了来自T1(OTFA)3在HNTf2和HN(TFA)2的溶剂混合物中与乙烯反应的粗反应混合物的1H NMR谱。
图9示出了来自对硝基苯基碘(NTf2)2在HNTf2中与乙烷反应的粗反应混合物的1HNMR谱。
图10示出了来自[Sb(OMe)5]2在HNTf2中与乙烯反应的粗反应混合物的1H NMR谱。
发明详述
本发明提供了一种将包含至少一个C-H键的烃转化为氮官能化产物的方法，该方法包括，基本上由以下组成或由以下组成：使烃与(i)氧化亲电试剂，或(ii)氧化剂和还原形式的氧化亲电试剂，在包含溶剂的液体介质(例如，不可氧化的液体，例如氟化烃、砜、失活的芳烃、失活的脂族烃、失活的杂芳烃、失活的杂脂族烃、式为HNY2或H2NY的化合物或它们的组合)中接触，以提供氮官能化产物和亲电还原产物，和任选地分离氮官能化产物和亲电还原产物；所述(i)氧化亲电试剂包含(a)氧化形式的主族元素或过渡金属和(b)至少一个含氮配体；所述还原形式的氧化亲电试剂包含(a)主族元素或过渡金属和(b)至少一个含氮配体。
该方法将包含至少一个C-H键的烃转化为氮官能化产物。从氧化亲电试剂与官能化或未官能化的烃的相对惰性的C-H键反应形成氮官能化产物的能力方面，可以最好地了解本文所述方法的有效性。烃通常需要苛刻的反应条件(例如，基于游离自由基化学)以进行化学转化，并且传统技术通常导致复杂的产物混合物。与常规技术相反，本文描述的方法不需要苛刻的反应条件来形成N-官能化的产物和随后的胺。更特别地，该方法不通过游离自由基机理形成N-官能化的产物和随后的胺。不希望受任何理论的束缚，据信该方法将包含至少一个C-H键的烃转化为氮官能化产物的机理是通过亲电C-H活化("CHA")反应发生的。
一种将烷烃的C-H键直接氧化为C-X键(其中X是杂原子)的重要新兴方法是基于图2所示的亲电C-H活化反应。该反应涉及物质MX2，该物质直接与R-H(即烷烃的C-H键)反应生成H-X和MX-R中间体。C-H活化反应的一个关键优势是R-H键的裂解是通过一个涉及单个过渡态TS1的协同过程进行的，而R-H键则被裂解，同时形成新的M-R和H-X键。协同裂解的三个重要优点是：(i)不产生可导致非选择性反应的反应性物质(例如，游离自由基、碳正离子或碳负离子)，(ii)由于裂解R-H键所需的能量输入因形成新的M-R和H-X键时释放的能量而变得缓和，因此这些反应非常容易，并且(iii)可以调节M和X的性质，以确保产物R-X的反应性低于底物R-H。使用随后可进行氧化还原反应的MX2物质，可使C-H活化与M-R官能化反应偶联。最终的M-R官能化反应通过涉及单个过渡态TS2的协同过程进行，并且可以选择性地生成官能化产物R-X和还原物质M。如图2所示，用氧化剂(Ox)对M进行再氧化可以使R-H与Ox的整体反应生成R-X，而无需消耗MX2。
先前已经显示，式M(OY)2的亲电氧化剂能够通过亲电C-H活化("CHA")反应促进烷烃的直接氧化以形成相应的醇和/或二醇。当在相应的酸性溶剂HOY(例如H2SO4、HSO3CF3、HCO2CF3和HSO3CH3)中进行时特别有效。然而，尚无先例表明式M(NY2)2的亲电氧化剂可发生这种CHA反应并形成相应的胺和/或二胺。由于氮相对于氧的碱性增加，可以预期氮与金属中心("M")形成更强的键，从而增加金属中心周围的电子密度并降低其亲电性。另外，为了发生CHA反应，必须首先发生配体(例如NY2)的损失。由于氮的碱性增加和氧的电负性增加，预计不会像OY的损失那样容易发生NY2的损失。因此，通过亲电CHA反应将烷烃直接氧化形成相应的醇的过程可以扩展形成相应的胺，这不是显而易见的。
该方法包括将包含至少一个C-H键的烃转化为氮官能化产物。只要具有至少一个C-H键(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个等C-H键)，任何烃都是合适的。例如，烃可以是取代的、未取代的、完全或部分饱和的、不饱和的、支链的、直链的、环状的、芳族的，或它们的组合。因此，该烃可以选自烷烃、烯烃、炔烃、环烷烃、环烯烃、杂环烷烃、杂环烯烃、芳烃和杂芳烃，它们各自被任选地取代。通常，烃包括1至20(即1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20)个碳，并且优选包含1至10、1至8或1至6个碳。如本文所述，非碳杂原子也可以存在于烃中。
在一些实施方案中，烃的核心结构不包含杂原子。在这样的实施方案中，烃可以选自烷烃、烯烃、炔烃、环烷烃、环烯烃和芳烃。在某些情况下，烃是烷烃、烯烃或芳烃。术语"烷烃"是指含有例如约1至约8个碳原子，例如约1至约6个碳原子的直链或支链烷烃。如本文所用，术语"烯烃"和"炔烃"是指分别包含至少一个C-C双键或C-C三键并且包含例如约2至约8个碳原子的直链烷烃(支链基团为约3至约8个碳原子)，例如约3至约6个碳原子(支链基团为约3至约6个碳原子)。如本文所用，术语"环烷烃"是指含有例如3至6个碳原子或5至6个碳原子的环状烷烃部分。术语"环烯烃"是指如本文所述的在环中具有至少一个C-C双键的环烷烃。根据Hückel法则，术语"芳烃"是指平面的且包含4n+2个π电子的未取代或取代的芳族碳环部分，其中n＝1、2或3，如本领域通常理解的那样。术语"芳烃"包括单环和多环芳族烃，并且通常包含例如6至30个碳原子(例如6至18个碳，6至14个碳或6至10个碳)。
不包含杂原子的烃的示例性列表包括但不限于：甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、丙炔、丁烷、丁烯、异丁烷、异丁烯、戊烷、戊烯、异戊烷、异戊烯、异戊二烯、2,3-二甲基丁烷、环戊烷、环己烷、环己烯、苯、甲苯、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、萘和蒽。在某些实施方案中，烃是甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、苯或它们的组合。
在一些实施方案中，烃底物包含杂原子，例如至少一个N、O、S或P原子。在这样的实施方案中，烃可以选自杂烷烃、杂烯烃、杂炔烃、杂环烷烃、杂环烯烃和杂芳烃，其中术语"烷烃"、"烯烃"、"炔烃"、"环烷烃"、"环烷烃"和"芳烃"如本文所述。包含杂原子的烃的实例包括胺、亚胺、腈、醇、醚、醛、酮、酸、酯、硫醇、硫醚或它们的组合。
在一些实施方案中，该方法包括使烃在溶剂中与包含(a)氧化形式的主族元素或过渡金属和(b)至少一个含氮配体的氧化亲电试剂接触以提供氮官能化产物和亲电还原产物；以及任选地分离氮官能化产物和亲电还原产物。氧化形式的主族元素或过渡金属可以是处于任何合适氧化态的任何合适的主族元素或过渡金属。例如，主族元素的氧化态可以为+8、+7、+6、+5、+4、+3、+2或+1，尤其是+6、+5、+4、+3或+2。在优选的实施方案中，氧化形式的主族元素或过渡金属具有适合于双电子还原/氧化过程的任何氧化态。尽管反应可以在空气中(例如，在氧气的存在下)或惰性气氛中进行，但是接触步骤的特性使得氧化亲电试剂可以氧化烃而无需分子氧作为反应物。
可以使用任何合适的方法来制备氧化亲电试剂。例如，氧化亲电试剂可单独制备为稳定且可分离的化合物，或者氧化亲电试剂可从还原形式的氧化亲电试剂原位生成(通过取代反应原位生成或通过脱水反应原位生成)。也可以使用这些方法中的任何一种的组合。
在一些实施方案中，该方法包括使烃在溶剂中与氧化剂和还原形式的氧化亲电试剂接触，所述氧化亲电试剂包含(a)主族元素或过渡金属和(b)至少一个含氮配体，以提供氮官能化产物和亲电还原产物；以及任选地分离氮官能化产物和亲电还原产物。如本文所用，"还原形式的氧化亲电试剂"是指包含主族元素或过渡金属的任何还原形式的氧化亲电试剂。通常，相对于包含主族元素或过渡金属的氧化亲电试剂，还原形式的氧化亲电试剂包括主族元素或过渡金属，该主族元素或过渡金属与氧化态具有两个电子差异。例如，还原形式的氧化亲电试剂将具有处于+6、+5、+4、+3、+2或+1的氧化态或中性氧化态的主族元素或过渡金属。在某些实施方案中，还原形式的氧化亲电试剂包括处于+4、+3、+2或+1的氧化态或中性氧化态的主族元素或过渡金属。在一些实施方案中，还原形式的氧化亲电试剂是氧化亲电试剂的任何合适的化学变体，使得主族元素或过渡金属已经被两个电子还原。
在该方法包括氧化剂和还原形式的氧化亲电试剂的实施方案中，氧化剂可以是能够产生氧化形式的主族元素或过渡金属的任何合适的氧化剂。例如，氧化剂可以是分子氧、过氧化物、一氧化氮、一氧化二氮、硝酸、三氧化硫、臭氧、肼或它们的组合。过氧化物可以是例如有机过氧化物、无机过氧化物、过氧化氢或它们的组合。在一些实施方案中，氧化剂可以是有机氧化剂。例如，氧化剂可以是醌、有机肼、甲氧基胺、羟胺或硝基氧(nitroxide)。在某些实施方案中，所述氧化剂是分子氧、臭氧、过氧化氢、有机过氧化物、硝酸、肼、有机肼、甲氧基胺、羟胺或它们的组合。
氧化亲电试剂或还原形式的氧化亲电试剂可包含任何合适的主族元素或过渡金属。例如，氧化亲电试剂可包含钴、铑、铱、镍、钯、铂、铜、银、金、锌、镉、汞、铝、镓、铟、铊、锗、锡、铅、砷、锑、铋、硒、碲、钋、碘或砹。在某些情况下，氧化亲电试剂包含元素汞、铊、铅、锑、硒、碲、铋、碘、金、铂、钯、银、铱、铑、锇或铼。在其中氧化亲电试剂包含碘的实施方案中，碘可以以还原、氧化或中性的任何合适形式存在。例如，碘可以以中性形式存在，例如I2；碘可以还原形式存在，例如芳族碘化物；碘可以以氧化形式存在，例如FPhI(NTf2)2。
在某些实施方案中，氧化亲电试剂或还原形式的氧化亲电试剂包含主族元素。主族元素通常包括元素周期表中过渡金属和非金属族中的元素，并且例如包括原子序数为33、34、35、49、50、51、52、53、81、82和83的元素(即砷、硒、溴、铟、锡、锑、碲、碘、铊、铅和铋)。在一个实施方案中，术语"主族元素"是指具有填充的4d或5d轨道的任何元素，其在氧化态中经历净的二电子变化。在某些情况下，主族元素包括铊、铟、铅、锑、锡、硒、碲、碘、砷和铋。在某些实施方案中，主族元素是锑、碲、铋或砷。在其他实施方案中，氧化亲电试剂包括Sb(V)、Te(VI)、Te(IV)、Bi(V)、Se(VI)、Se(IV)、As(V)、I(V)、I(III)或Sn(IV)。
在某些实施方案中，氧化亲电试剂或还原形式的氧化亲电试剂包含过渡金属。过渡金属通常包括元素周期表中的"后(late)"过渡金属元素，例如原子序数为26、27、28、29、30、44、45、46、47、48、76、77、78、79和80的元素(即铁、钴、镍、铜、锌、钌、铑、钯、银、镉、锇、铱、铂、金和汞)。在一个实施方案中，术语"过渡金属"是指元素周期表的3-12族中的任何元素，其在氧化态中经历净的二电子变化。在某些情况下，过渡金属是锰、锝、铼、铁、钌、锇、钴、铑、铱、镍、钯、铂、铜、银、金、锌、镉或汞。在某些实施方案中，过渡金属是汞、金、铂、钯、银、铱、铑、锇或铼。
在一些实施方案中，相对于所产生的N-官能化产物的量，所述氧化亲电试剂以至少化学计量的量存在。通常，当相对于N-官能化产物至少以化学计量的量存在氧化亲电试剂时，反应中不存在氧化再生试剂。在其他实施方案中，氧化亲电试剂相对于烃以亚化学计量的量存在。通常，当以亚化学计量的量存在氧化亲电试剂时，存在氧化再生试剂和任选的氧化催化剂以从还原形式的氧化亲电试剂再生氧化亲电试剂。在一些优选的实施方案中，相对于N-官能化产物，所述氧化亲电试剂以至少化学计量的量存在，并且不需要氧化再生试剂和任选的氧化催化剂，但是其可以存在于溶剂中(例如，不可氧化的液体)。在其他优选的实施方案中，相对于烃，氧化亲电试剂以亚化学计量的量存在，并且存在氧化剂或氧化催化剂。
在一些实施方案中，相对于N-官能化产物，还原形式的氧化亲电试剂以至少化学计量的量存在。在一些实施方案中，相对于烃，还原形式的氧化亲电试剂以亚化学计量的量存在。在一些实施方案中，还原形式的氧化亲电试剂是在形成氮官能化产物时从氧化亲电试剂的还原中原位产生的。在这些情况下，还原形式的氧化亲电试剂用于再生氧化亲电试剂。在一些实施方案中，将还原形式的氧化亲电试剂直接提供给用于将包含至少一个C-H键的烃转化为氮官能化产物的方法。在这些情况下，还原形式的氧化亲电试剂用于生成氧化亲电试剂。因此，当以至少化学计量量或亚化学计量量将还原形式的氧化亲电试剂直接提供给该方法时，在反应混合物中存在氧化剂以产生氧化亲电试剂。
因此，将包含至少一个C-H键的烃转化为N-官能化产物的方法可以包括氧化亲电试剂、还原形式的氧化亲电试剂、或氧化亲电试剂和还原形式的氧化亲电试剂两者。对氧化亲电试剂和/或还原形式的氧化亲电试剂的量没有特别限制，使得存在足够量的氧化亲电试剂以将烃转化为N-官能化产物。因此，氧化亲电试剂和/或还原形式的氧化亲电试剂可以以烃的约0.01mol％或更多(例如，约0.015mol％或更多、约0.02mol％或更多、约0.04mol％或更多、约0.06mol％或更多、约0.08mol％、约0.1mol％或更多、约0.2mol％或更多、约0.3mol％或更多、约0.4mol％或更多、约0.5mol％或更多、约1mol％或更多、约2mol％或更多、约3mol％或更多、约5mol％或更多、约10mol％或更多、约20mol％或更多、约50mol％或更多、或约100mol％或更多)的量存在。可替代地，或除此之外，氧化亲电试剂和/或还原形式的氧化亲电试剂可以以烃的约2000mol％或更少(例如，约1500mol％或更少、约1000mol％或更少、约900mol％或更少、约800mol％或更少、约700mol％或更少、约600mol％或更少、约500mol％或更少、约400mol％或更少、约300mol％或更少、约200mol％或更少、或约100mol％或更少)的量存在。前述端点中的任何两个可以用于定义一个封闭范围，或者任何一个端点可以单独用于定义一个开放范围。例如，氧化亲电试剂和/或还原形式的氧化亲电试剂的存在量可以为烃的约0mol％至约2000mol％，例如约0mol％至约1500mol％、约0mol％至约1000mol％、约0mol％至约900mol％、约0mol％至约800mol％、约0mol％至约700mol％、约0mol％至约600mol％、约0mol％至约500mol％、约0mol％至约400mol％、约0mol％至约300mol％、约0mol％至约200mol％、约0mol％至约100mol％、约0.1mol％至约100mol％、约0.2mol％至约100mol％、约0.3mol％至约100mol％、约0.4mol％至约100mol％、约0.5mol％至约100mol％、约1mol％至约100mol％、约2mol％至约100mol％、约3mol％至约100mol％、约5mol％至约100mol％、约10mol％至约100mol％、约20mol％至约100mol％、约50mol％至约100mol％、约100mol％至约100mol％或约100mol％至约600mol％。
氧化亲电试剂和还原形式的氧化亲电试剂包含至少一个含氮配体。含氮配体可以是任何合适的基于氮的化合物，使得共轭酸在水中的实验或理论pKa小于约14(例如，小于约13、小于约12、小于约11、小于约10、小于约9、小于约8、小于约7、小于约6、小于约5、小于约4、小于约3、小于约2、小于约1、小于约0、小于约-1、小于约-2、小于约-3、小于约-4、小于约-5、小于约-6、小于约-7、小于约-8、小于约9或小于约-10)。在某些实施方案中，基于氮的化合物的共轭酸在水中的实验或理论pKa为小于约10，优选小于约4。
在一些实施方案中，至少一种含氮化合物具有式-NHnY2-n，其中Y为吸电子基团，n为0或1。在某些实施方案中，n为0。在一些实施方案中，Y为芳基(例如，失活的芳基)、-F、-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'、-NO2、-NO、-CH2SO2、-SO2R、-SO2F、-SO2OH、-SO2NH2或-P(O)RR'，其中R和R'相同或不同，并且各自为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族。在某些实施方案中，Y为-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'或-SO2R，其中R和R'相同或不同，并且各自为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族。在某些情况下，Y是全氟部分(例如-COCF3、-COC6F5或-SO2CF3)。
如本文所用，"脂族"是指取代或未取代的C1-C9烷基取代基，其中，"C1-C9烷基"是指1至9(即1、2、3、4、5、6、7、8或9)个碳原子长度的烷基碳链。在一些实施方案中，C1-C9烷基可以是饱和的、不饱和的、支链的、直链的、环状的或它们的组合。C1-C9烷基脂族基团的示例性但非限制性列表包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、仲-戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、壬基、环戊基、环己基、丙烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、2-戊烯基、3-戊烯基、4-戊烯基或它们的组合。在某些实施方案中，脂族基团是全氟化的。
如本文所用，"杂脂族"是指取代或未取代的C1-C9烷基取代基，其在分子的核心(即碳骨架)中包含至少1个杂原子(例如，O，S，N和/或P)。在某些情况下，杂脂族取代基在分子的核心中具有至少2个杂原子(例如，在分子的核心中至少3、4、5或6个杂原子)。在一些实施方案中，杂脂族化合物是醚、酯、碳酸酯、酰胺、胺、氨基甲酸酯、硫醚、硫酯、磷酸酯、杂环烷烃或它们的组合。在某些实施方案中，杂脂族基团是全氟化的。
如本文所用，"芳族"是指取代或未取代的单环或多环(例如，双环、三环)芳族取代基。芳族取代基可以是任何合适的芳族取代基。芳族取代基的示例性但非限制性列表包括苯基、二甲苯基、萘基、联苯、蒽基或它们的组合。在某些实施方案中，芳族基团是全氟化的。
如本文所用，"杂芳族化合物"是指取代或未取代的单环或多环(例如双环、三环)芳族化合物，其在至少一个环中具有至少一个杂原子(例如O、S或N)。在某些实施方案中，杂芳族取代基是多环的并且具有2-4个芳族环(即2、3或4)。包含杂原子的杂芳族取代基的每个环可包含一个或两个氧和/或硫原子和/或1-4个氮原子，条件是每个环中的杂原子的总数为4个或更少，并且每个环具有至少一个碳原子。完成双环和三环基团的稠合环可以仅包含碳原子，并且可以是饱和的、部分饱和的或不饱和的。氮和硫原子可任选被氧化，并且氮原子可任选被季铵化。双环或三环的杂芳族取代基必须包括至少一个完整的芳族环，而另一个稠环可以是芳族或非芳族环。在一些实施方案中，杂芳族取代基为或包括吡咯基、异吲哚基、吲哚嗪基、吲哚基、呋喃基、苯并呋喃基、苯并噻吩基、噻吩基、吡啶基、吖啶基，萘啶基、喹啉基、异喹啉基、异
Figure BDA0002612212510000101
唑基、
Figure BDA0002612212510000102
唑基、苯并
Figure BDA0002612212510000103
唑基、异噻唑基、噻唑基、苯并噻唑基、咪唑基、噻二唑基、四唑基、三唑基、
Figure BDA0002612212510000104
二唑基、苯并咪唑基、嘌呤基、吡唑基、吡嗪基、蝶啶基、喹喔啉基、酞嗪基、喹唑啉基、三嗪基、吩嗪基、噌啉基、嘧啶基、哒嗪基或它们的组合。在某些实施方案中，杂芳族基团是全氟化的。
如本文所用，术语"取代的"可以表示指定原子或基团上的一个或多个氢被另一基团取代，只要不超过指定原子的正常价。例如，当取代基是氧代(即＝O)时，则两个与原子键合的氢被取代。在某些实施方案中，取代基是卤素(例如氟、氯、溴、碘)、OH、氰基、硝基、烷氧基、氨基、芳基、杂芳基、烷基、杂烷基、氧代或它们的组合。在某些实施方案中，取代基是氟。例如，脂族、杂脂族、芳族或杂芳族基团可以被氟化或全氟化。取代基和/或变量的组合是允许的，条件是取代不会显著不利地影响化合物的合成或使用。取代的部分通常在任何合适的位置(例如1-、2-、3-、4-、5-或6-位等)上包含至少一个(例如1、2、3、4、5、6个等)取代基。。
在一些实施方案中，该氧化亲电试剂具有式Mm(NHnY2-n)p，其中M是如本文所述的主族元素或过渡金属阳离子，Y是芳基(例如，失活的芳基)、-F、-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'、-NO2、-NO、-CH2SO2、-SO2R、-SO2F、-SO2OH、-SO2NH2或-P(O)RR'，其中R和R'相同或不同，并且分别为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族，m为M的氧化态形式，n为0或1，p为1至m。取决于M，m是1到8的整数(即1、2、3、4、5、6、7或8)。优选地，m为3至6(即3、4、5或6)。当氧化亲电试剂的式为Mm(NHnY2-n)p时，Y优选为-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'或-SO2R，其中R和R'相同或不同，并且分别是脂族、杂脂族、芳族或杂芳族。在某些情况下，Y是全氟化的。优选地，Y为-COCF3、COC6F5或-SO2CF3。
因此，在一些实施方案中，氧化亲电试剂的还原形式为式Mm-2(NHnY2-n)p-2，其中M为主族元素或过渡金属阳离子，Y为芳基(例如失活的芳基)，-F、-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'、-NO2、-NO、-CH2SO2、-SO2R、-SO2F、-SO2OH、-SO2NH2或-P(O)RR'，其中R和R'相同或不同，并且分别为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族，m为M的氧化态形式，n为0或1，p为1至m。在一些实施方案中，m是1至8的整数(即1、2、3、4、5、6、7或8)。在某些实施方案中，取决于M，m是3至6(即3、4、5或6)的整数。在这些实施方案的某些中，Y为-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR′或-SO2R，其中R和R'相同或不同，并且各自为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族。在一些情况下，Y是全氟化的(例如，-COCF3、COC6F5或-SO2CF3)。
在一些实施方案中，除了至少一个含氮配体，氧化亲电试剂和/或还原形式的氧化亲电试剂还包含一种或多种配体，以平衡净电荷和/或使氧化亲电试剂和/或还原形式的氧化亲电试剂溶剂化。所述配体可以是适合与过渡金属或主族元素(例如，M)配位的任何配体。例如，每个配体可以是相同或不同或阴离子或中性的含氮化合物或非含氮化合物。在一些实施方案中，一种或多种配体衍生自溶剂。在一些实施方案中，每个配体(L)独立地是氧化物(例如，桥接氧化物(bridging oxo)或末端氧化物(terminal oxo))、氢氧化物或它们的组合。在某些实施方案中，配体是阴离子的并且有助于平衡氧化亲电试剂的电荷。在某些实施方案中，配体是中性的并且有助于溶剂化氧化亲电试剂的电荷。在一些实施方案中，配体是溶剂(例如，不可氧化的液体)、底物分子、底物氧化的产物或它们的组合。因此，在一些实施方案中，氧化亲电试剂具有式Mm(NHnY2-n)pLq，其中M是如本文所述的主族阳离子或过渡金属阳离子，L是配体，Y是芳基(例如，失活的芳基)、-F、-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'、-NO2、-NO、-CH2SO2、-SO2R、-SO2F、-SO2OH、-SO2NH2或-P(O)RR'，其中R和R'相同或不同，且各自为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族，m为M的氧化态形式，n为0或1，p为1至m，q为0至5。
Mm(NHnY2-n)pLq的氧化亲电试剂可以具有任何合适的净电荷。例如，式为Mm(NHnY2-n)pLq的氧化亲电试剂可以具有+5、+4、+3、+2或+1的净电荷或中性的净电荷。在某些实施方案中，式Mm(NHnY2-n)pLq的氧化亲电试剂是中性物质。
在一些实施方案中，配体是基于脂族或芳族的并且包含至少一个氧代、硫醇、磺酰基或羧基的至少一种单齿或双齿配体，并且任选地包含一个或多个吸电子基团(例如，-NO2、氟代-C1-8烷基、-F、-OOCR、-COOH、-OH2 +、-CONH2、-COOR、-NR3 +、-CN、-SO3H、-SO3R、-SO3W或它们的组合，其中R是氢或任何脂族(例如C1-8烷基，氟代-C1-8烷基)、杂脂族、芳族或杂芳族部分，并且每个是任选取代的，并且W是包含选自硼、铋、锑、砷、镧、铈、钪、钇、钛、锆、铪、银、锌、镉、铝、镓、铟、锗、锡、磷、碱金属或碱土金属)的金属的阳离子。在某些实施方案中，配体包含至少一个羧基。如本文所用，"基于脂族的"或"基于芳族的"是在整体上指配体，并且配体可直接结合至脂族或芳族部分，或经由至少一个氧代、硫醇、磺酰基或羧基间接结合。术语"脂族"和"芳族"如本文所述。
在某些实施方案中，配体是基于芳族的。优选地，在配体基于芳族的实施方案中，配体包含至少一个羧基和/或至少一个硝基。
在某些实施方案中，配体是选自以下的单或双齿配体：
单齿配体
Figure BDA0002612212510000131
双齿配体
Figure BDA0002612212510000132
Figure BDA0002612212510000141
其中R、R′、R″和R″′相同或不同，并且各自为任选取代的烷基或杂烷基(例如，仲或叔烷基、仲或叔杂烷基)，Ar、Ar′和Ar″相同或不同并且各自为任选取代的芳基(例如，如本文所述的苯基，失活的芳基)，并且n为0或1至6的整数。烷基、杂烷基、芳基和取代基如本文所述。
配体也可以具有式-Ar-EWG，其中Ar是任选取代的芳基，EWG是至少一个吸电子基团，如本文所述。例如，吸电子基团可以是选自-NO2，氟代-C1-8烷基、-F、-OOCR、-COOH、-OH2 +、-CONH2、-COOR、-NR3 +、-CN、-SO3H、-SO3R、-SO3W及它们的组合。在吸电子基团的上下文中，R是氢或任何脂族(例如，C1-8烷基，氟代-C1-8烷基)、杂脂族、芳族或杂芳族部分，其中W是任选地被取代的阳离子，并且W是包含选自硼、铋、锑、砷、镧、铈、钪、钇、钛、锆、铪、银、锌、镉、铝、镓、铟、锗、锡、磷、碱金属或碱土金属的金属的阳离子。
例如，配体可以是：
Figure BDA0002612212510000142
Figure BDA0002612212510000151
相对于主族元素，配体可以以小于化学计量的量、相对于主族元素以化学计量的量，或者相对于主族元素以至少化学计量的量存在于混合物中。
将包含至少一个C-H键的烃转化为N-官能化产物的方法包括溶剂。溶剂可以是任何合适的溶剂，以使得该溶剂不干扰将包含至少一个C-H键的烃转化为N-官能化产物的过程。在某些实施方案中，在反应条件下，可以认为溶剂基本上是惰性的，即不可氧化的液体。如本文所用，"基本上惰性"是指在存在氧化亲电试剂的情况下保持大于约80％的稳定性的液体(例如，流体或溶剂)，例如通过测量相对于标准品溶剂峰在1H NMR光谱中的保留。在某些实施方案中，液体在氧化亲电试剂存在下可保持大于约85％的稳定性，例如，在氧化亲电试剂存在下大于约90％的稳定性、在氧化亲电试剂存在下大于约92％的稳定性、在氧化亲电试剂的存在下大于约94％的稳定性、在氧化亲电试剂的存在下大于约95％的稳定性，在氧化亲电试剂的存在下大于约98％的稳定性，或在氧化亲电试剂的存在下大于约99％的稳定性。理想地，该液体对氧化条件是完全惰性的，但在具有强氧化剂条件下，可以预料在随后的再循环步骤中可能会消耗或损失少量液体。
如本文所用，术语"液体"或"液体介质"是指包含液体的任何介质。例如，液体或液体介质可以以液体-固体介质、液体-气体介质、液体-液体介质、液体-气体-固体介质等形式存在。因此，液体或液体介质可以是例如溶液、气体喷射的液体、凝胶、胶体、浆液、分散体、乳液或它们的组合。
在一些实施方案中，所述不可氧化的液体是氟化烃、砜、失活的芳烃、失活的脂族、失活的杂芳烃、失活的杂脂族，或具有式HNY2或H2NY，其中Y是芳基(例如，失活的芳基)，-F、-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'、-NO2、-NO、-CH2SO2、-SO2R、-SO2F、-SO2OH、-SO2NH2或-P(O)RR'，且R和R'相同或不同，并且各自为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族，如本文所述。也可以使用前述不可氧化的液体的任何组合。
在一些实施方案中，不可氧化的液体是一种或多种合适的氟化烃。氟化烃可以是包含至少2个碳的至少一种氟化或全氟化的直链脂族烃，例如，包含至少3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15或16个碳。优选地，氟化烃是包含至少3个碳，例如至少4、5、6、7、8、9或10个碳的至少一种氟化或全氟化的环状脂族烃。在一些实施方案中，氟化或全氟化的环状脂族烃可以是单环、双环或三环的。氟化烃可以是全氟化的并且是支链或直链的，并且可以是取代的或未取代的。优选地，氟化或全氟化的直链脂族和/或氟化或全氟化的环状脂族被一个或多个脂族取代基取代。更优选地，氟化烃是全氟化的。
具体实例包括全氟戊烷、全氟己烷、全氟庚烷、全氟辛烷、全氟壬烷、全氟癸烷、全氟环己烷、全氟环庚烷、全氟环辛烷、全氟萘烷、全氟甲基环己烷、全氟二甲基环己烷、全氟三甲基环己烷、全氟乙基环己烷、全氟二乙基环己烷、全氟三乙基环己烷、全氟乙基甲基环己烷和全氟-2,2,3,3-四甲基丁烷。
在一些实施方案中，不可氧化的液体是下式的一种或多种砜：
Figure BDA0002612212510000161
其中R1和R2独立地选自芳基和烷基，它们各自是任选取代的，虚线代表任选的键和原子(例如，C、N、O、S或P)，并且x是从0到3的整数(即0、1、2或3)。在某些实施方案中，R1和R2通过链连接以产生环状砜。
在一些实施方案中，砜是至少一个烷基砜，其中R1和R2均独立地被选择为烷基。烷基可以是任何合适的直链、支链或环状烷基(例如，C1-9烷基)。在某些实施方案中，烷基被至少1个吸电子取代基(例如，至少2、3或4个吸电子取代基)取代，例如本文所述的那些。在某些实施方案中，烷基通过亚烷基链连接以产生环状烷基砜，例如环丁砜。
如本文所用，"烷基"是指可以被取代、未取代、支链、直链、环状或它们的组合的脂族取代基，并且可以完全饱和或包括不饱和或芳族的部分。在一些实施方案中，烷基是C1-C9烷基，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、仲戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、壬基、环戊基、环己基、丙烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、2-戊烯基、3-戊烯基、4-戊烯基或它们的组合。
在一些实施方案中，烷基为杂烷基、环烷基或杂环烷基。
如本文所用，"杂烷基"是指取代或未取代的烷基，该取代或未取代的烷基在分子的核心(即分子中除含烷烃部分以外的任何部分)中包含至少1个杂原子(例如，O、S、N和/或P)。因此，至少1个杂原子可以是碳链的侧基取代基或一部分。在某些情况下，杂烷基在分子的核心中具有至少2个杂原子(例如，在分子的核心中具有至少3、4、5或6个杂原子)。在一些实施方案中，杂烷基基团包含选自以下的部分：醚、酯、碳酸酯、酰胺、胺、氨基甲酸酯、硫醚、硫酯、磷酸酯、杂环烷烃、卤代烷烃、乙酰基、醇、酮、醛、羧酸酯、羧酸、半缩醛、乙缩醛、缩酮、亚胺和酰亚胺、硫醇、二硫化物、亚砜、硫代酮或它们的组合。
如本文所用，术语"环烷基"是指包含含有例如3至6个碳原子或5至6个碳原子的环状烷烃部分的取代或未取代的烷基。在一些实施方案中，环烷基为环丙基、环丁基、环戊基或环己基。在一些实施方案中，环烷基可以是环烯基，只要环烯基包含含烷烃的部分即可。术语"环烯基"是指如本文所述的在环中具有至少一个C-C双键的环烷烃。例如，环烯基可以是环戊烯基或环己烯基。
如本文所用，术语"杂环烷基"是指包含环状烷烃部分的烷基，该环状烷烃部分包含例如3至6个碳原子或5至6个碳原子，其分子的核心(即，除含烷烃的部分之外的分子的任何部分)中包含至少1个杂原子(例如，O、S、N和/或P)。因此，至少1个杂原子可以是环状链的侧基取代基或包含在环状链中。在某些情况下，杂环烷基在分子的核心中具有至少2个杂原子(例如，在分子的核心中具有至少3、4、5或6个杂原子)。在一些实施方案中，杂环烷基包含选自以下的部分：醚、酯、碳酸酯、酰胺、胺、氨基甲酸酯、硫醚、硫酯、磷酸酯、卤代烷烃、乙酰基、醇、酮、醛、羧酸酯、羧酸、半缩醛、乙缩醛、缩酮、亚胺和酰亚胺、硫醇、二硫化物、亚砜、硫代酮或它们的组合。杂环烷基的示例性但非限制性列表包括四氢呋喃基、哌嗪基、吗啉基、环己酮基(cyclohexanonyl)和2-环己基乙醇基(2-cyclohexylethanolyl)。
如本文所用，"芳基"是指如本文所述的任何合适的取代或未取代的芳族或杂芳族基团。在不可氧化的液体的一些实施方案中，芳基是失活的，这意味着该芳基被至少1个吸电子取代基，例如，至少2、3或4个吸电子取代基取代，如本文所述的那些。
在一些实施方案中，砜是包含磺酰基(-SO2)官能团的不可氧化的液体，例如(甲基磺酰基)苯、(乙基磺酰基)苯、(丙基磺酰基)苯、(异丙基磺酰基)苯、(丁基磺酰基)苯、(甲基磺酰基)吡啶、(乙基磺酰基)吡啶、(丙基磺酰基)吡啶、(异丙基磺酰基)吡啶、(丁基磺酰基)吡啶，(环己基磺酰基)苯、磺酰基二苯、二苯并噻吩5,5-二氧化物、2,3-二氢苯并噻吩1,1-二氧化物或噻吩烷(thiochromane)1,1-二氧化物，它们各自是被取代或未被取代的。
在一些实施方案中，砜是(甲基磺酰基)甲烷("二甲基砜")、(甲基磺酰基)乙烷、四氢噻吩1,1-二氧化物("环丁砜")、四氢-2H-噻喃1,1-二氧化物、硫化环丙烷1,1-二氧化物、(乙基磺酰基)乙烷、1-(乙基磺酰基)丙烷、1-(丙基磺酰基)丙烷、1-(丙基磺酰基)丁烷、1-(丁基磺酰基)丁烷、2-(乙基磺酰基)丙烷、2-(异丙基磺酰基)丙烷、1-(乙基磺酰基)-2-甲基丙烷、1-(甲基磺酰基)丁烷、1-(乙基磺酰基)丁烷、1-(异丙基磺酰基)-2-甲基丙烷、1-(乙基磺酰基)-2-甲基丙烷、2-甲基-1-(甲基磺酰基)丙烷、1-(异丁基磺酰基)-2-甲基丙烷、2-(叔丁基磺酰基)-2-甲基丙烷、全氟化(甲基磺酰基)甲烷、全氟化(甲基磺酰基)乙烷、全氟化四氢噻吩1,1-二氧化物、全氟化四氢-2H-噻喃1,1-二氧化物、全氟化硫化环丙烷1,1-二氧化物、全氟化(乙基磺酰基)乙烷、全氟化1-(乙基磺酰基)丙烷、全氟化1-(丙基磺酰基)丙烷、全氟化1-(丙基磺酰基)丁烷、全氟化1-(丁基磺酰基)丁烷、全氟化2-(乙基磺酰基)丙烷、全氟化2-(异丙基磺酰基)丙烷、全氟化1-(乙基磺酰基)-2-甲基丙烷、全氟化1-(甲基磺酰基)丁烷、全氟化1-(乙基磺酰基)丁烷、全氟化1-(异丙基磺酰基)-2-甲基丙烷、全氟化1-(乙基磺酰基)-2-甲基丙烷、全氟化2-甲基1-(甲基磺酰基)丙烷、全氟化1-(异丁基磺酰基)-2-甲基丙烷或全氟化2-(叔丁基磺酰基)-2-甲基丙烷，并且它们各自是被取代或未被取代的。
在其它实施方案中，砜是(甲基磺酰基)甲烷("二甲基砜")、(甲基磺酰基)乙烷、四氢噻吩1,1-二氧化物("环丁砜")、四氢-2H-噻喃1,1-二氧化物、硫化环丙烷1,1-二氧化物、全氟化(甲基磺酰基)甲烷、全氟化(甲基磺酰基)乙烷、全氟化四氢噻吩1,1-二氧化物、全氟化四氢-2H-噻喃1,1-二氧化物或全氟化硫化环丙烷1,1-二氧化物。
在一些实施方案中，砜是至少一个烷基砜，其中R1和R2均独立地被选择为烷基。烷基可以是任何合适的直链，支链或环状烷基(例如，C1-9烷基)。在某些实施方案中，烷基被至少1个吸电子取代基(例如，至少2、3或4个吸电子取代基)取代，例如本文所述的那些。在某些实施方案中，烷基通过烷基链连接以产生环状烷基砜，例如环丁砜。
在一些实施方式中，不可氧化的液体是一种或多种失活的芳烃。如本文所用，"失活的芳烃"是指具有1个或多个吸电子取代基的至少一种单环或多环芳族化合物。在一些实施方案中，芳烃化合物具有2个或更多个吸电子取代基，例如3个或更多个、4个或更多个、5个或更多个或6个或更多个吸电子取代基。在一些实施方案中，失活的芳烃的每个碳具有至少一个吸电子取代基。在某些实施方案中，失活的芳烃是多环并且具有2、3或4个芳族环，并且包括例如苯、甲苯、二甲苯、萘、联苯和蒽。吸电子取代基可以是任何合适的吸电子取代基，例如本文所述的那些。
失活的芳烃(例如，失活的苯)的示例性但非限制性列表包括C6H5(NO2)、C6H5(CF3)、C6H5F、C6H5(COOH)、C6H5(CONH2)、C6H5(COOCF3)、C6H5(OOCCF3)、C6H5(CN)、C6H5(SO3H)、C6H5(SO3R)、C6H5(SO3Q)、m-C6H4(NO2)2、o-C6H4(NO2)2、p-C6H4(NO2)2、m-C6H4(CF3)2、o-C6H4(CF3)2、p-C6H4(CF3)2、m-C6H4F2、o-C6H4F2、p-C6H4F2、m-C6H4(COOH)2、o-C6H4(COOH)2、p-C6H4(COOH)2、m-C6H4(CONH2)2、o-C6H4(CONH2)2、p-C6H4(CONH2)2、m-C6H4(COOCF3)2、o-C6H4(COOCF3)2、p-C6H4(COOCF3)2、m-C6H4(OOCCF3)2、o-C6H4(OOCCF3)2、p-C6H4(OOCCF3)2、m-C6H4(CN)2、o-C6H4(CN)2、p-C6H4(CN)2、m-C6H4(SO3H)2、o-C6H4(SO3H)2、p-C6H4(SO3H)2、m-C6H4(SO3R)2、o-C6H4(SO3R)2、p-C6H4(SO3R)2、m-C6H4(SO3Q)2、o-C6H4(SO3Q)2、p-C6H4(SO3Q)2、m-C6H4(CF3)(NO2)、o-C6H4(CF3)(NO2)、p-C6H4(CF3)(NO2)、m-C6H4(CF3)(F)、o-C6H4(CF3)(F)、p-C6H4(CF3)(F)、m-C6H4(CF3)(COOH)、o-C6H4(CF3)(COOH)、p-C6H4(CF3)(COOH)、m-C6H4(CF3)(CONH2)、o-C6H4(CF3)(CONH2)、p-C6H4(CF3)(CONH2)、m-C6H4(CF3)(CN)、o-C6H4(CF3)(CN)、p-C6H4(CF3)(CN)、m-C6H4(CF3)(SO3H)、o-C6H4(CF3)(SO3H)、p-C6H4(CF3)(SO3H)、m-C6H4(CF3)(SO3R)、o-C6H4(CF3)(SO3R)、p-C6H4(CF3)(SO3R)、m-C6H4(CF3)(SO3Q)、o-C6H4(CF3)(SO3Q)、p-C6H4(CF3)(SO3Q),m-C6H4(F)(NO2)、o-C6H4(F)(NO2)、p-C6H4(F)(NO2)、m-C6H4(COOH)(NO2)、o-C6H4(COOH)(NO2)、p-C6H4(COOH)(NO2)、m-C6H4(CONH2)(NO2)、o-C6H4(CONH2)(NO2)、p-C6H4(CONH2)(NO2)、m-C6H4(COOCF3)(NO2)、o-C6H4(COOCF3)(NO2)、p-C6H4(COOCF3)(NO2)、m-C6H4(OOCCF3)(NO2)、o-C6H4(OOCCF3)(NO2)、p-C6H4(OOCCF3)(NO2)、m-C6H4(CN)(NO2)、o-C6H4(CN)(NO2)、p-C6H4(CN)(NO2)、m-C6H4(SO3H)(NO2)、o-C6H4(SO3H)(NO2)、p-C6H4(SO3H)(NO2)、m-C6H4(SO3R)(NO2)、o-C6H4(SO3R)(NO2)、p-C6H4(SO3R)(NO2)、m-C6H4(SO3Q)(NO2)、o-C6H4(SO3Q)(NO2)、p-C6H4(SO3Q)(NO2)、1,2,3-C6H3(CF3)2(NO2)、1,3,4-C6H3(CF3)2(NO2)、1,3,5-C6H3(CF3)2(NO2)、1,2,3-C6H3(CF3)(NO2)2、1,3,4-C6H3(CF3)(NO2)2、1,3,5-C6H3(CF3)(NO2)2、1,2,3-C6H3F2(NO2)、1,3,4-C6H3F2(NO2)、1,3,5-C6H3F2(NO2)、1,2,3-C6H3(CF3)F2、1,3,4-C6H3(CF3)F2、1,3,5-C6H3(CF3)F2、1,2,3-C6H3(COOH)2(NO2)、1,3,4-C6H3(COOH)2(NO2)、1,3,5-C6H3(COOH)2(NO2)、1,2,3-C6H3(CF3)(COOH)2、1,3,4-C6H3(CF3)(COOH)2、1,3,5-C6H3(CF3)(COOH)2、1,2,3-C6H3(CONH2)2(NO2)、1,3,4-C6H3(CONH2)2(NO2)、1,3,5-C6H3(CONH2)2(NO2)、1,2,3-C6H3(CF3)(CONH2)2、1,3,4-C6H3(CF3)(CONH2)2、1,3,5-C6H3(CF3)(CONH2)2、1,2,3-C6H3(COOCF3)2(NO2)、1,3,4-C6H3(COOCF3)2(NO2)、1,3,5-C6H3(COOCF3)2(NO2)、1,2,3-C6H3(CF3)(COOCF3)2、1,3,4-C6H3(CF3)(COOCF3)2、1,3,5-C6H3(CF3)(COOCF3)2、1,2,3-C6H3(OOCCF3)2(NO2)、1,3,4-C6H3(OOCCF3)2(NO2)、1,3,5-C6H3(OOCCF3)2(NO2)、1,2,3-C6H3(CF3)(OOCCF3)2、1,3,4-C6H3(CF3)(OOCCF3)2、1,3,5-C6H3(CF3)(OOCCF3)2、1,2,3-C6H3(CN)2(NO2)、1,3,4-C6H3(CN)2(NO2)、1,3,5-C6H3(CN)2(NO2)、1,2,3-C6H3(SO3H)(CN)2、1,3,4-C6H3(SO3H)(CN)2、1,3,5-C6H3(SO3H)(CN)2、1,2,3-C6H3(SO3R)(CN)2、1,3,4-C6H3(SO3R)(CN)2、1,3,5-C6H3(SO3R)(CN)2、1,2,3-C6H3(SO3Q)(CN)2、1,3,4-C6H3(SO3Q)(CN)2、1,3,5-C6H3(SO3Q)(CN)2,1,2,3-C6H3(CF3)2(SO3H)、1,3,4-C6H3(CF3)2(SO3H)、1,3,5-C6H3(CF3)2(SO3H)、1,2,3-C6H3(CF3)2(SO3R)、1,3,4-C6H3(CF3)2(SO3R)、1,3,5-C6H3(CF3)2(SO3R)、1,2,3-C6H3(CF3)2(SO3Q)、1,3,4-C6H3(CF3)2(SO3Q)、1,3,5-C6H3(CF3)2(SO3Q),1,2,3-C6H3(CF3)3、1,3,4-C6H3(CF3)3、1,3,5-C6H3(CF3)3、1,2,3-C6H3(NO2)3、1,3,4-C6H3(NO2)3、1,3,5-C6H3(NO2)3、1,2,3-C6H3F3、1,3,4-C6H3F3、1,3,5-C6H3F3、1,2,3-C6H3(COOH)3、1,3,4-C6H3(COOH)3、1,3,5-C6H3(COOH)3、1,2,3-C6H3(COOCF3)3、1,3,4-C6H3(COOCF3)3、1,3,5-C6H3(COOCF3)3、1,2,3-C6H3(OOCCF3)3、1,3,4-C6H3(OOCCF3)3、1,3,5-C6H3(OOCCF3)3、1,2,3-C6H3(CN)3、1,3,4-C6H3(CN)3、1,3,5-C6H3(CN)3、1,2,3-C6H3(SO3H)3、1,3,4-C6H3(SO3H)3、1,3,5-C6H3(SO3H)3、1,2,3-C6H3(SO3R)3、1,3,4-C6H3(SO3R)3、1,3,5-C6H3(SO3R)3、1,2,3-C6H3(SO3Q)3、1,3,4-C6H3(SO3Q)3、1,3,5-C6H3(SO3Q)3、1,2,3-C6H3(CONH2)3、1,3,4-C6H3(CONH2)3和1,3,5-C6H3(CONH2)3。如本文所用，R为任何脂族(例如，C1-8烷基、氟代-C1-8烷基)、杂脂族、芳族或杂芳族部分，其各自任选被取代，并且Q是指阳离子。
在某些实施方案中，不可氧化的液体是硝基芳烃。如本文所用，"硝基芳烃"是指包含至少一个硝基的任何失活的芳烃。例如，硝基芳烃可以是硝基取代的苯、硝基取代的甲苯、硝基取代的二甲苯、硝基取代的萘、硝基取代的联苯或硝基取代的蒽。
在一些实施方案中，不可氧化的液体是一种或多种失活的脂族。如本文所用，"失活的脂族"是指至少一个如本文所述的脂族基团，其具有1个或多个吸电子取代基(例如2个或更多个、3个或更多个、4个或更多个或5个或更多个吸电子取代基)。失活的C1-C9烷基脂族基团的示例性但非限制性列表是甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、仲戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、壬基、环戊基、环己基、丙烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、2-戊烯基、3-戊烯基、4-戊烯基或它们的组合，其中C1-C9烷基被1个或多个吸电子取代基取代。
在某些情况下，失活的脂族是甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、仲戊基或新戊基、其中甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、仲戊基或新戊基被一个或多个吸电子取代基取代。在某些实施方案中，失活的脂族是甲基、乙基、正丙基或异丙基、其中甲基、乙基、正丙基或异丙基，其被1个或多个吸电子取代基取代。
在其他实施方案中，失活的脂族是三氟甲醇、三氟甲基2,2,2-三氟乙酸酯、2,2,2-三氟乙-1-醇、2,2,2-三氟乙基2,2,2-三氟乙酸酯、全氟乙基2,2,2-三氟乙酸酯、1,1,2,2,2-五氟乙-1-醇、硝基甲烷、三氟(硝基)甲烷、1,1,2,2-四氟乙烷-1,2-二醇、1,1,2,2-四氟-2-羟乙基2,2,2-三氟乙酸酯、全氟乙烷-1,2-二基双(2,2,2-三氟乙酸酯)、乙烷-1,2-二基双(2,2,2-三氟乙酸酯)、1,1,2,2,3,3-六氟丙烷-1,3-二醇、丙烷-1,2,3-三基三(2,2,2-三氟乙酸酯)、草酸、1,1,1,4,4,4-六氟丁烷-2,3-二酮、甲基2,2,2-三氟乙酸酯、甲基2,2,3,3,3-五氟丙酸酯或三氟甲基2,2,3,3,3-五氟丙酸酯。
在其他实施方案中，失活的脂族是三氟甲基乙酸酯、1,1-二氟乙基乙酸酯、2,2,2-三氟乙基乙酸酯、全氟乙基乙酸酯、全氟丙-2-基乙酸酯、1,1,1,3,3,3-六氟丙-2-基乙酸酯、1,1,2,2-四氟-2-羟乙基乙酸酯、全氟乙烷-1,2-二基二乙酸酯、乙烷-1,2-二基二乙酸酯、丙烷-1,2,3-三基三乙酸酯、全氟丙烷-1,2,3-三基三乙酸酯、1,1,3,3-四氟丙烷-1,2,3-三基三乙酸酯或1,1-二氟乙烷-1,2-二基二乙酸酯。
在某些实施方案中，不可氧化的液体是一种或多种失活的杂芳烃。如本文所用，"失活的杂芳烃"是指在至少一个环中具有至少一个杂原子(O、S或N)的至少一种单环或多环杂芳族化合物。术语"杂芳族"如本文所描述。
在某些实施方案中，失活的杂芳烃是异
Figure BDA0002612212510000221
唑、
Figure BDA0002612212510000222
唑、异噻唑、噻唑、咪唑、噻二唑、四唑、三唑、
Figure BDA0002612212510000223
二唑、吡唑、吡嗪、嘧啶或三嗪，它们各自被取代或未被取代。在其他优选的实施方案中，所述失活的杂芳烃是吡咯、呋喃、噻吩或吡啶，它们各自被至少一个为吸电子取代基的取代基取代。
在其他实施方案中，失活的杂芳烃是全氟异
Figure BDA0002612212510000224
唑、全氟
Figure BDA0002612212510000225
唑、全氟异噻唑、全氟噻唑、全氟咪唑、全氟噻二唑、全氟四唑、全氟三唑、全氟
Figure BDA0002612212510000226
二唑、全氟吡唑、全氟吡嗪、全氟三嗪、全氟吡咯、全氟呋喃、全氟噻吩、全氟吡啶、硝基吡咯、硝基呋喃、硝基噻吩、硝基吡啶、氰基吡咯、氰基呋喃、氰基噻吩、氰基吡啶、吡啶甲酸、烟酸、异烟酸、吡啶磺酸、吡咯磺酸、呋喃磺酸、噻吩磺酸、吡啶羧酸,吡咯羧酸、呋喃羧酸、噻吩羧酸、三氟甲基吡啶、三氟甲基吡咯、三氟甲基呋喃或三氟甲基噻吩。
在一些实施方案中，不可氧化的液体是一种或多种失活的杂脂族。术语“杂脂族”如本文所述。在某些实施方案中，杂脂族化合物是醚，酯，碳酸酯，酰胺，胺，氨基甲酸酯，硫醚，硫酯，磷酸酯或杂环烷烃。术语"杂环烷烃"是指如本文所述的环烷烃，其中至少一个杂原子(例如，O、S、N、和/或P)取代环系统中的至少一个碳。一方面，杂环烷烃是5元、6元或7元单环，并且含有一个、两个或三个选自氮、氧和硫的杂原子。此类杂环烷烃环的实例是吡咯烷、吡咯啉、吡喃、哌啶、奎宁环、咪唑啉、二
Figure BDA0002612212510000231
烷、二氧五环、吗啉、硫代吗啉、三噻吩、二噻吩、吡唑啉、吡唑烷、哌嗪或它们的组合。
在某些实施方案中，失活的杂脂族具有至少1个吸电子取代基。在一些实施方案中，失活的杂脂族具有至少2个吸电子取代基(例如，至少3个、4个、5个或6个吸电子取代基)，如本文所述的那些。
例如，失活的杂脂族化合物可以是三氟(三氟甲氧基)甲烷、1,1,1,2,2-五氟-2-(三氟甲氧基)乙烷、1,1,1,2,2-五氟-2-(全氟乙氧基)乙烷、三(三氟甲基)胺、1,1,2,2,2-五氟-N-(全氟乙基)-N-(三氟甲基)乙烷-1-胺、三(全氟乙基)胺、2,2,2-三氟-N,N-双(三氟甲基)乙酰胺、N,N-双(三氟甲基)甲酰胺、2,2,2-三氟乙酰胺、全氟吡咯烷、全氟吡咯啉、全氟吡喃、全氟哌啶、全氟二
Figure BDA0002612212510000232
烷、全氟吗啉、全氟哌嗪、硝基吡咯烷、硝基吡咯啉、硝基吡喃、硝基哌啶、硝基二
Figure BDA0002612212510000233
烷、硝基吗啉、硝基哌嗪、氰基吡咯烷、氰基吡咯啉、氰基吡喃、氰基哌啶、氰基二
Figure BDA0002612212510000234
烷、氰基吗啉、氰基哌嗪、吡咯烷羧酸、吡咯啉羧酸、吡喃羧酸、哌啶羧酸、二
Figure BDA0002612212510000235
烷羧酸、吗啉羧酸、哌嗪羧酸、吡咯烷磺酸、吡咯啉磺酸、吡喃磺酸、哌啶磺酸、二
Figure BDA0002612212510000236
烷磺酸、吗啉磺酸或哌嗪磺酸。
在一些实施方案中，不可氧化的液体是一种或多种碳酸酯。碳酸酯可以是包含至少一个碳酸酯基团的化合物(例如，1个碳酸酯、2个碳酸酯、3个碳酸酯或4个碳酸酯)。例如，碳酸酯可以是烷基碳酸酯、杂烷基碳酸酯、环烷基碳酸酯、杂环烷基碳酸酯、芳基碳酸酯、碳酸氢酯或它们的组合。
在某些实施方案中,不可氧化的液体的式为HNY2或H2NY，其中Y是芳基(例如，失活的芳基)、-F、-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'、-NO2、-NO、-CH2SO2、-SO2R、-SO2F、-SO2OH、-SO2NH2或-P(O)RR′，且R和R′相同或不同，且各自为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族，如本文所述。在某些实施方案中，Y是-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR′或-SO2R。在某些情况下，Y是全氟化的(例如，-COCF3、-COC6F5、-SO2CF3)。
在本文所述的任何实施方案中，吸电子取代基可以是任何合适的吸电子基团，例如-NO2、氟代-C1-8烷基、-F、-OOCR、-COOH、-OH2 +、-CONH2、-COOR、-NR3 +、-CN、-SO3H、SO3R、-SO3W或它们的组合，其中R是氢或任何脂族(例如，C1-8烷基、氟代-C1-8烷基)、杂脂族、芳族或杂芳族，各自任选被取代，且W是阳离子，包含选自硼、铋、锑、砷、镧、铈、钪、钇、钛、锆、铪、银、锌、镉、铝、镓、铟、锗、锡、磷的金属、碱金属或碱土金属的金属阳离子。在某些实施方案中，R是-CF3。
该过程提供了氮官能化产物和亲电还原产物。N-官能化产物可以是任何形式的产物，其中烃底物的至少一个C-H键已经被氮官能化(例如，单-N-取代产物)。例如，烃的至少2、3、4、5或6个C-H键可以被氮官能化，从而形成二-N-取代或多-N-取代的产物。优选地，形成单官能化的和/或二官能化的产物。在一些实施方案中，氮官能化产物被其他取代基进一步取代。
如本文所用，"氮官能化产物"是指具有至少一个C-H键的任何烃底物，其中氢原子已被氮原子取代。在一些实施方案中，氮原子进一步被一个或两个非氢取代基(Y)取代。在这样的实施方案中，烃上的氢已被式-NHnY2-n的取代基代替，其中Y和n如本文所定义。在某些实施方案中，氮官能化产物有可能在没有任何其他反应物的情况下进一步形成胺(例如，含NH2的部分)。
在一些实施方案中，该方法包括通过任何合适的方法分离氮官能化产物和亲电还原产物。例如，可以通过过滤、蒸馏、柱色谱法、结晶、离心、萃取、重结晶或它们的组合来分离N-官能化产物和亲电还原产物。
在某些情况下，该方法进一步包括将N-官能化产物转化为胺。取决于烃底物，胺可以是单胺、二胺、多胺或它们的组合。在某些实施方案中，胺包括单胺、二胺或单胺和二胺。随着胺的生产步骤，至少一种含氮配体可以作为过程的一部分或在随后的步骤中被再生。
在某些情况下，胺的形成可以通过脱保护步骤进行，包括使氮官能化产物与合适的酸或碱接触。脱保护的方法在本领域中是众所周知的，包括在Wuts,Peter G.M.,Greene's Protective Groups in Organic Synthesis,New York,Wiley-Interscience,2014中描述的方法，其内容通过引用并入本文。在其他情况下，该方法进一步包括使氮官能化产物与式H-Nu的化合物接触以形成胺，其中Nu是能够形成胺的亲核基团。在从亲电还原产物分离之前或之后，可使氮官能化产物与式H-Nu化合物接触。例如，可以使氮官能化产物和亲电还原产物的混合物与H-Nu接触，然后从亲电还原产物中任选分离所得的胺。或者，可以将氮官能化产物与亲电还原产物分离，然后与H-Nu接触。在一些实施方案中，使用本领域已知的技术进一步纯化胺。
如本文所用，"式H-Nu的化合物"是指包含亲核试剂("Nu")的任何化合物，以使式H-Nu的化合物将式-NHnY2-n的取代基转化为式-NH2。在一些实施方案中，H-Nu可以是带电荷的物质(例如[H-Nu]-1或[H-Nu]-2)，使得Nu可以是中性或带电荷的物质。在某些实施方案中，H-Nu是中性物质。在一些实施方案中，Nu是氧化物、氢氧化物、醇盐、芳基氧化物、羧酸盐、硫醇盐、二硫化物、任选保护的酰胺或任选保护的叠氮化物(azanide)。氮保护基团例如包括9-芴基甲基氨基甲酰基(Fmoc)、叔丁基氨基甲酰基(BOC)、苄基氨基甲酰基(Cbz)、苄基、亚苄基(benzylidenyl)、三苯基甲基、乙酰基、三氟乙酰基，苯邻二甲酰亚胺基和甲苯磺酰基。将氨基或胺进行保护和脱保护的方法是本领域已知的，并且在例如Wuts,PeterG.M.,Greene's Protective Groups in Organic Synthesis,Fourth Edition,New York,Wiley-Interscience,2014中进行了描述，其内容通过引用并入本文。在一些实施方案中，Nu为-O、-OR1、-CO2R1、-S、-SR1、-NR1、-NHR1或-NR1R2，其中R1和R2相同或不同，并且各自为氢、脂族、杂脂族，芳族或杂芳族，如本文所描述。在某些情况下，H-Nu是NH3、CH3NH2、PhNH2、H2O、CH3OH、CH3CH2OH或CH3CO2H。优选地，H-Nu是NH3。
在一些实施方案中，该方法进一步包括使亲电还原产物和任何合适的氧化再生试剂接触以再生氧化亲电试剂。氧化再生试剂可以与氧化剂相同或不同。例如，氧化再生试剂可以是分子氧、空气、过氧化物、一氧化氮、一氧化二氮、硝酸、三氧化硫、臭氧或它们的组合。氧化剂可在惰性气氛下或在惰性气氛与空气结合下使用。例如，过氧化物可以是有机过氧化物、无机过氧化物、过氧化氢或它们的组合。在一些实施方案中，氧化剂可以是有机氧化剂。例如，氧化剂可以是醌或硝基氧。在某些实施方案中，氧化剂是醌、分子氧、空气、过氧化物、一氧化氮、一氧化二氮、硝酸、硝基氧、三氧化硫、臭氧或它们的组合。
因此，将包含至少一个C-H键的烃转化为氮官能化产物的方法可以包括氧化再生试剂、氧化剂、氧化再生试剂和氧化剂两者，或者既不包含氧化再生试剂也不包含氧化剂。因此，氧化再生试剂和氧化剂可以以烃的0mol％的量存在。在一些实施方案中，氧化组合物中存在氧化再生试剂和/或氧化剂。氧化再生试剂和/或氧化剂的量没有特别限制，以使得保持足够量的氧化亲电试剂以将烃转化为N-官能化产物。
因此，氧化再生试剂和/或氧化剂的存在量可以为烃的约0.01mol％或更高(例如，约0.015mol％或更高、约0.02mol％或更高、约0.04mol％或更高、约0.06mol％或更高、约0.08mol％或更高、约0.1mol％或更高、约0.2mol％或更高、约0.3mol％或更高、约0.4mol％或更高、约0.5mol％或更高、约1mol％或更高、约2mol％或更高、约3mol％或更高、约5mol％或更高、约10mol％或更高、约20mol％或更高、约50mol％或更高、或约100mol％或更高)。可替代地或另外，氧化再生试剂和/或氧化剂可以以烃的约2000mol％或更少的量存在(例如，约1500mol％或更少、约1000mol％或更少、约900mol％或更少、约800mol％或更少，约700mol％或更少、约600mol％或更少、约500mol％或更少、约400mol％或更少、约300mol％或更少、约200mol％或更少、或约100mol％或更少)。前述端点中的任何两个可以用于定义一个封闭范围，或者任何一个端点可以单独用于定义一个开放范围。
在一些实施方案中，氧化剂和/或氧化再生试剂需要氧化催化剂以促进氧化亲电试剂的产生和/或再生。氧化催化剂可以是任何合适的催化剂，例如包含铜、银、铁、钴、锰、镍、铬、钒或它们的组合的氧化催化剂。
将包含至少一个C-H键的烃转化为氮官能化产物的方法包括氧化亲电试剂和/或还原形式的氧化亲电试剂，以及溶剂(例如，不可氧化的液体)作为非均相混合物或均相混合物。例如，氧化亲电试剂和/或还原形式的氧化亲电试剂可以固体、浆液、乳液或它们的组合形式存在于溶剂中。可替代地，或除此之外，氧化亲电试剂和/或还原形式的氧化亲电试剂可以溶于溶剂中。在某些实施方案中，将氧化亲电试剂和/或还原形式的氧化亲电试剂固定在反应器内的固体载体上。
将包含至少一个C-H键的烃转化为氮官能化产物的方法可以在单个反应器中进行，或在至少2个反应器(例如，至少3个或至少4个反应器)中进行。当该方法在单个反应器中进行并且氧化亲电试剂以至少化学计量存在时，用于将包含至少一个C-H键的烃转化为氮官能化产物的方法不需要再生氧化亲电试剂。在该实施方案中，氧化底物的方法可以在单个反应器中的单组条件下进行。
可替代地，该方法可以在单个反应器中进行，其中该反应器在适合于通过使用氧化亲电试剂使烃转化并通过使亲电还原产物和氧化再生试剂接触的同时再生氧化亲电试剂的条件下操作。例如，当氧化亲电试剂耗尽时，溶剂中存在氧化再生试剂(任选存在氧化催化剂)，以再生氧化亲电试剂。
在一些实施方案中，该方法可以在单个反应器中按顺序进行。例如，反应器可以首先在适合于使用氧化亲电试剂转化烃的条件下操作，然后随后在适合于通过使亲电还原产物和氧化再生试剂接触以再生氧化亲电试剂的条件下操作。例如，可以将氧化亲电试剂固定在反应器内，其中首先循环包含烃的混合物，然后在耗尽氧化亲电试剂的情况下，任选地在存在氧化催化剂的条件下，循环包含氧化再生试剂的混合物以再生氧化亲电试剂。
可替代地，该方法可以在两反应器循环液相系统中进行，其中烃和氧化亲电试剂的反应在第一反应器中进行，而亲电还原产物与氧化再生试剂用于再生氧化亲电试剂的反应在第二反应器中进行。
该反应可以在适合于形成N-官能化产物的任何温度下进行。在一些实施方案中，氧化底物的过程可以在小于约300℃的温度下进行，例如，小于285℃、小于约275℃、小于260℃、小于约250℃、小于约225℃、小于约200℃、小于约150℃或小于约140℃。可替代地，或除此之外，可以在大于约50℃，例如，大于约70℃、大于约80℃、大于约100℃、大于约120℃、大于约140℃、大于约150℃、大于约160℃、大于约170℃、大于约180℃、大于约190℃或大于约200℃的温度下执行氧化底物的过程。前述端点中的任意两个可以用于定义封闭范围，或者一个端点可以单独用于定义开放范围。因此，该过程可以在约50℃至约300℃，例如约50℃至约275℃、约50℃至约250℃、约50℃至约225℃、约50℃至约200℃、约70℃至约200℃、约80℃至约200℃、约70℃至约140℃、约100℃至约200℃、约120℃至约200℃、约140℃至约200℃、约150℃至约200℃、约160℃至约200℃、约170℃约200℃、约180℃至约200℃、约190℃至约200℃、约200℃至约300℃、约200℃至约350℃、约100℃至约300℃或约150℃至约250℃的温度下进行。在一个优选的实施方案中，温度在约50℃至约200℃之间，更优选在约70℃至约140℃之间。
本发明还提供了一种氧化组合物，其包含，基本上由以下组成或由以下组成：(a)氧化亲电试剂，其包含氧化形式的主族元素或过渡金属和至少一个含氮配体；(b)不可氧化的液体，选自氟化烃、砜、失活的芳烃、失活的脂族、失活的杂芳烃、失活的杂脂族、式为HNY2或H2NY的化合物和它们的组合，其中Y是吸电子基团；和(c)任选地一种或多种式Za(NHnY2-n)p的添加剂，其中Z为阳离子，Y为芳基(例如，失活的芳基)、-F、-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'、-NO2、-NO、-CH2SO2、-SO2R、-SO2F、-SO2OH、-SO2NH2或-P(O)RR′，其中R和R′相同或不同，并且每个是脂族、杂脂族、芳族或杂芳族。下标"a"，"n"和"p"表示存在以形成中性化合物的每种元素或阳离子的数目。特别地，a为1至5(即1、2、3、4或5)，n为0或1，p为1至5(即1、2、3、4或5)。
所述氧化组合物可包括任何合适的氧化亲电试剂，所述氧化亲电试剂包含氧化形式的主族元素或过渡金属和至少一种含氮配体。合适的氧化亲电试剂将从本文阐述的描述中显而易见。
所述氧化组合物可包含选自以下的任何合适的不可氧化的液体：氟化烃、砜、失活的芳烃、失活的脂族、失活的杂芳烃、失活的杂脂族、式为HNY2或H2NY的化合物和它们的组合。合适的不可氧化的液体将从本文阐述的描述中显而易见。
在本发明的某些实施方案中，液体介质和/或氧化组合物包含一种或多种添加剂。根据实施方案，添加剂可以是如本文所述的不可氧化的液体、盐添加剂、含有路易斯酸，水和/或氨的非卤化物。期望地，添加剂可用于向反应混合物(例如，液体介质和/或组合物)提供功能性益处，例如溶剂化、增溶、粘度改变和/或电荷转移。
在一些实施方案中，该氧化组合物中不存在添加剂。因此，添加剂可以以氧化亲电试剂的0mol％的量存在。在一些实施方案中，氧化组合物中存在一种或多种添加剂。添加剂的量没有特别限制，使得可以以氧化亲电试剂的量的分数的一部分或大大超过氧化亲电试剂的量使用添加剂。一种或多种添加剂可以以氧化亲电试剂的约0.1mol％或更多的量存在(例如，约0.2mol％或更多、约0.3mol％或更多、约0.4mol％或更多、约0.5mol％或更多、约1mol％或更多、约2mol％或更多、约3mol％或更多、约5mol％或更多、约10mol％或更多、约20mol％或更多、约50mol％或更多或约100mol％或更多)。可替代地，或除此之外，一种或多种添加剂可以以氧化亲电试剂的约2000mol％或更少的量存在(例如，约1500mol％或更少、约1000mol％或更少、约900mol％或更少、约800mol％或更少、约700mol％或更少、约600mol％或更少、约500mol％或更少、约400mol％或更少、约300mol％或更少、约200mol％或更少或约100mol％或更少)。前述端点中的任意两个可以用于定义一个封闭范围，或者可以单独用于定义一个开放范围。因此，一种或多种添加剂的存在量可以是氧化亲电试剂的约0mol％至约2000mol％，例如，约0mol％至约1500mol％、约0mol％至约1000mol％、约0mol％至约900mol％、约0mol％至约800mol％、约0mol％至约700mol％、约0mol％至约600mol％、约0mol％至约500mol％、约0mol％至约400mol％、约0mol％至约300mol％、约0mol％至约200mol％、约0mol％至约100mol％、约0.1mol％至约100mol％、约0.2mol％至约100mol％、约0.3mol％至约100mol％、约0.4mol％至约100mol％、约0.5mol％至约100mol％、约1mol％至约100mol％、约2mol％至约100mol％、约3mol％至约100mol％、约5mol％至约100mol％、约10mol％至约100mol％、约20mol％至约100mol、约50mol％至约100mol％，约100mol％至约1000mol％、或约100mol％至约600mol％。
通常，添加剂是一种或多种式Za(NHnY2-n)p的盐化合物，其中Z为阳离子，Y为吸电子基团，如本文所述。例如，Y可以是芳基(例如，失活的芳基)、-F、-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'、-NO2、-NO、-CH2SO2、-SO2R、-SO2F、-SO2OH、-SO2NH2或-P(O)RR′，其中R和R′相同或不同，并且各自为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族，a为1至5，n为0或1，p为1至5。根据本文阐述的描述，Y的合适形式将是显而易见的。在一些实施方案中，式Za(NHnY2-n)p的添加剂还包含一种或多种选自以下的配体：氧化物(例如，桥接氧化物或末端氧化物)、氢氧化物或含氧酸的阴离子。如本文所用，"含氧酸"是指任何含有氢、氧和至少一种其他元素的有机酸或无机酸，其中质子氢与氧相连。
Z可以是处于任何合适的氧化态的任何合适的阳离子。通常，Z具有+5、+4、+3、+2或+1的氧化态。
在一些实施方案中，Za(NHnY2-n)p选自布朗斯台德酸、盐或它们的组合。因此，Z可以是质子、铵、碱金属阳离子、碱土金属的阳离子或它们的组合。在一些实施方案中，Z是氢或锂、钠、钾、铷、铯、铍、镁、钙、锶、钡或镭的阳离子。
在一些实施方案中，Za(NHnY2-n)p是任何合适的含非卤化物的路易斯酸，它是一个强电子对受体。在其中Za(NHnY2-n)p是路易斯酸的实施方案中，Z可以是过渡金属阳离子、稀土金属阳离子、主族元素阳离子或它们的组合。在一些实施方案中，Z是硼、铋、锑、砷、镧、铈、钪、钇、钛、锆、铪、银、锌、镉、铝、镓、铟、锗、锡、磷的阳离子，或它们的组合。
在其他实施方案中，盐添加剂是一种或多种式QaZb的化合物，其中Q是阳离子，Z是桥连氧化物、末端氧化物、氢氧化物或氧酸的阴离子，a是1至5的整数(即1、2、3、4或5)，b是1至5的整数(即1、2、3、4或5)，其中a和b相同或不同，并且平衡Q和Z的氧化态。在QaZb中，Q可以是任何合适氧化态的任何合适阳离子。在一些实施方案中，Q可以是质子、铵、碱金属阳离子、碱土金属阳离子、稀土金属阳离子、主族元素阳离子或它们的组合。在一些实施方案中，Q是氢或锂、钠、钾、铷、铯、钫、铍、镁、钙、锶、钡或镭的阳离子。通常，Q具有+5、+4、+3、+2或+1的氧化态。
如本文所用，"氧酸(oxygen acid)"是指含有氢、氧和至少一种其他元素的有机酸或无机酸，其中质子氢与氧连接。通常，氧酸的共轭阴离子选自亚硫酸根、硫酸根、硫酸氢根、硫代硫酸根、亚硝酸根、硝酸根、磷酸根、亚磷酸根、磷酸氢根、磷酸二氢根、碳酸根、碳酸氢根、草酸根、氰酸根、异氰酸根、铬酸根、重铬酸根、高锰酸根、羧酸根、磺酸根、硼酸根和它们的任意组合。
在QaZb中，Z可以是本文所述的处于任何合适的氧化态的任何合适的氧化物(例如，桥连氧化物或末端氧化物)、氢氧化物或氧酸的阴离子。在一些实施方案中，Z是氧酸的阴离子，其选自脂族羧酸根、杂脂族羧酸根、芳族羧酸根、杂芳族羧酸根、脂族磺酸根、杂脂族磺酸根、芳族磺酸根、杂芳族磺酸根、脂族磷酸根、杂脂族磷酸根、芳族磷酸根、杂芳族磷酸根、脂族硼酸根、杂脂族硼酸根、芳族硼酸根和杂芳族硼根中的一种或多种。在某些实施方案中，Z选自桥连氧化物、末端氧化物、氢氧化物、亚硫酸根、硫酸根、硫酸氢根、硫代硫酸根、亚硝酸根、硝酸根、亚磷酸根、磷酸根、磷酸氢根、磷酸二氢根、碳酸根、碳酸氢根、草酸根、氰酸根、异氰酸根、硫代氰酸根、羧酸根、磺酸根和它们的组合。如本文所用，羧酸根可以是烷基化的变体(例如，乙酸酯)、氟化的变体(例如，三氟乙酸酯)或芳基化的变体(例如，苯甲酸酯或苯甲酸)。如本文所用，"烷基化的变体"和"芳基化的变体"分别指包含本文所定义的烷基或芳基的羧酸。类似地，磺酸根可以是烷基化的变体(例如，甲烷磺酸酯)或氟化的变体(例如，三氟磺酸酯)。在某些实施方案中，Z是选自三氟乙酸酯、乙酸酯、苯甲酸酯、硫酸酯、甲基磺酸酯和三氟磺酸酯中的一种或多种。通常，Z具有-4、-3、-2或-1的氧化态。
在一些实施方案中，QaZb是布朗斯台德酸、其盐或它们的组合。在某些情况下，QaZb是以下一种或多种：乙酸、乙酸铵、乙酸锂、乙酸钠、乙酸钾、乙酸铷、乙酸铯、乙酸钫、乙酸铍、乙酸镁、乙酸钙、乙酸锶、乙酸钡、乙酸镭、苯甲酸、苯甲酸铵、苯甲酸锂、苯甲酸钠、苯甲酸钾、苯甲酸铷、苯甲酸铯、苯甲酸钫、苯甲酸铍、苯甲酸镁、苯甲酸钙、苯甲酸锶、苯甲酸钡、苯甲酸镭、三氟乙酸、三氟乙酸铵、三氟乙酸锂、三氟乙酸钠、三氟乙酸钾、三氟乙酸、三氟乙酸铵、三氟乙酸锂、三氟乙酸钠、三氟乙酸钾、三氟乙酸铷、三氟乙酸铯、三氟乙酸钫、三氟乙酸铍、三氟乙酸镁、三氟乙酸钙、三氟乙酸锶、三氟乙酸钡、三氟乙酸镭、硫酸、硫酸铵、硫酸锂、硫酸钠、硫酸钾、硫酸铷、硫酸铯、硫酸钫、硫酸铍、硫酸镁、硫酸钙、硫酸锶、硫酸钡、硫酸镭、磷酸、甲磺酸、甲磺酸铵、甲磺酸锂、甲磺酸钠、甲磺酸钾、甲磺酸铷、甲磺酸铯、甲磺酸钫、甲磺酸铍、甲磺酸镁、甲磺酸钙、甲磺酸锶、甲磺酸钡、甲磺酸镭、三氟甲磺酸、三氟甲磺酸铵、三氟甲磺酸锂、三氟甲磺酸钠、三氟甲磺酸钾、三氟甲磺酸铷、三氟甲磺酸铯、三氟甲磺酸钫、三氟甲磺酸铍、三氟甲磺酸镁、三氟甲磺酸钙、三氟甲磺酸锶、三氟甲磺酸钡或三氟甲磺酸镭。在优选的实施方案中，QaZb是三氟乙酸、乙酸、苯甲酸、甲磺酸或它们的组合，它们各自可以被取代或未被取代。
在其他实施方案中，QaZb是任何合适的含非卤化物的路易斯酸，其是强电子对受体。在其中QaZb是含非卤化物的路易斯酸的实施方案中，Q可以是过渡金属阳离子、稀土金属阳离子、主族元素阳离子或它们的组合。在一些实施方案中，Q是硼、铋、锑、砷、镧、铈、钪、钇、钛、锆、铪、银、锌、镉、铝、镓、铟、锗、锡、磷的阳离子，或它们的组合。通常，Q具有+5、+4、+3、+2或+1的氧化态。在某些实施方案中，Q为In(III)、Sc(III)、Zn(II)、Ti(IV)、Al(III)、Ga(III)、B(III)、Sb(III)、Bi(III)或As(III)。应该理解的是，可以将任何一个或多个Q与任何一个或多个Z结合，从而满足基本的化学规则，以形成含非卤化物的路易斯酸(例如，Ce(OAc)3，Ce(OTf)3、Zn(OAc)2、Zn(OTf)2、ZnO，In(OAc)3、In(OTf)3、In2O3、Sb(OAc)3、Sb(OTf)3、Sb2O3、Bi(OAc)3、Bi(OTf)3、Bi2O3、Al(OTf)3、Ga(OTf)3、Sc(OAc)3、Sc(OTf)3或Sc(OMs)3)。如本文所用，"OTf"是指三氟磺酸根，"OMs"是甲磺酸根，"OAc"是乙酸根。
在一些实施方案中，添加剂是水和/或氨。
在一些实施方案中，液体介质和/或氧化组合物不包含卤化物离子(例如，Cl-、Br-或I-)。如本文所用，术语"卤化物离子"被认为与术语卤素原子不同。特别地，术语卤化物离子不包括与脂族或芳族取代基(即在反应条件下不会分解形成游离离子的取代基)相连的卤素原子(例如，氟原子、氯原子、溴原子或碘原子)。例如，碘可以存在于芳族碘物质中，因为这种形式的碘不会被认为是卤化物离子。与之相比，术语"卤化物离子"是指盐添加剂的离子，例如碱金属卤化物化合物(例如NaI、KCl等)。因此，卤化物离子可以以主族元素的小于0.1mol％(例如小于0.05mol％，小于0.01mol％，小于0.005mol％，小于0.001mol％)或约0mol％的量存在于液体介质和/或氧化组合物中。
在一些实施方案中，液体介质和/或氧化组合物包含痕量的卤化物离子(例如Cl-、Br-或I-)。原料中的杂质或反应器腐蚀造成的杂质可能是痕量卤化物离子的存在的原因。因此，卤化物离子可以主族元素的约0.00001mol％或更多(例如，约0.0001mol％或更多、约0.001mol％或更多、0.01mol％或更多、0.1mol％或约1mol％更多)的量存在。可替代地，或除此之外，卤化物离子的存在量可以是主族元素的约5mol％或更少(例如，约4mol％或更少、约3mol％或更少、约2mol％或更少、约1mol％或更少或约0.1mol％或更少)。前述端点中的任意两个可以用于定义一个封闭范围，或者可以单独使用任何单个端点来定义一个开放范围。
在一些实施方案中，该氧化组合物还包含一种或多种氧化再生试剂。合适的氧化再生试剂将从本文阐述的描述中显而易见。
通过以下实施方案进一步说明本发明。
(1)用于将包含至少一个C-H键的烃转化为氮官能化产物的方法，其包括使所述烃在溶剂中与(i)包含(a)氧化形式的主族元素或过渡金属，和(b)至少一个含氮配体的氧化亲电试剂，或(ii)氧化剂和包含(a)主族元素或过渡金属和(b)至少一个含氮配体的还原形式的氧化亲电试剂接触，以提供氮官能化产物和亲电还原产物；以及任选地分离氮官能化产物和亲电还原产物。
(2)实施方案(1)的方法，其包括分离氮官能化产物和亲电还原产物。
(3)实施方案(1)或实施方案(2)的方法，其进一步包括使所述氮官能化产物与式H-Nu的化合物接触以形成胺，其中Nu为能够形成胺的亲核基团。
(4)实施方案(3)的方法，其中Nu是氧化物、氢氧化物、醇盐、芳基氧化物、羧酸酯基、硫醇盐、二硫化物、任选地被保护的酰胺或任选地被保护的叠氮化物。
(5)实施方案(3)或实施方案(4)的方法，其中Nu是-O、-OR1、-CO2R1、-S、-SR1、-NR1、-NHR1或-NR1R2，其中R1和R2相同或不同并且各自为氢、脂族、杂脂族、芳族或杂芳族。
(6)实施方案(3)-(5)中任一项的方法，其中H-Nu是NH3、CH3NH2、PhNH2、H2O、CH3OH、CH3CH2OH或CH3CO2H。
(7)实施方案(3)-(6)中任一项的方法，其中H-Nu是NH3。
(8)实施方案(1)或实施方案(2)的方法，其进一步包括使氮官能化产物脱保护以形成胺。
(9)实施方案(3)-(8)中任一项的方法，其中胺包括单胺、二胺或单胺和二胺两者。
(10)实施方案(1)-(9)中任一项的方法，其进一步包括使亲电还原产物与氧化再生试剂接触以再生氧化亲电试剂。
(11)实施方案(10)的方法，其中氧化再生试剂是分子氧、臭氧、过氧化氢、有机过氧化物、硝酸、肼、有机肼、甲氧基胺、羟胺、或它们的组合。
(12)实施方案(1)-(11)中任一项的方法，其中烃选自烷烃、烯烃、炔烃、环烷烃、环烯烃、杂环烷烃、杂环烯烃、芳烃和杂芳烃，它们各自任选地被取代。
(13)实施方案(12)的方法，其中烃是烷烃、烯烃或芳烃。
(14)实施方案(1)-(13)中任一项的方法，其中氧化亲电试剂包含元素汞、铊、铅、锑、硒、碲、铋、碘、金、铂、钯、银、铱、铑、锇或铼。
(15)实施方案(1)-(14)中任一项的方法，其中至少一个含氮配体具有式-NHnY2-n，其中Y是吸电子基团且n是0或1。
(16)实施方案(15)的方法，其中Y是芳基、-F、-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'、-NO2、-NO、-CH2SO2、-SO2R、-SO2F、-SO2OH、-SO2NH2或-P(O)RR'，其中R和R'相同或不同，并且各自为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族。
(17)实施方案(16)的方法，其中Y是-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'或-SO2R，其中R和R'相同或不同，并且各自是脂族、杂脂族、芳族或杂芳族。
(18)实施方案(1)-(17)中任一项的方法，其中氧化亲电试剂具有式Mm(NHnY2-n)p，其中M是主族元素或过渡金属阳离子，Y是芳基、-F、-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'、-NO2、-NO、-CH2SO2、-SO2R、-SO2F、-SO2OH、-SO2NH2或-P(O)RR'，其中R和R'相同或不同，并且各自为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族，m是M的氧化态形式，n为0或1，并且p为1至m。
(19)实施方案(18)的方法，其中m是1-8。
(20)实施方案(1)-(19)中任一项的方法，其中溶剂是不可氧化的液体，其选自氟化烃、砜、失活的芳烃、失活的脂族、失活的杂芳烃、失活的杂脂族、式为HNY2或H2NY的化合物、和它们的任意组合，其中Y是芳基、-F、-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'、-NO2、-NO、-CH2SO2、-SO2R、-SO2F、-SO2OH、-SO2NH2或-P(O)RR'，且R和R'相同或不同且各自为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族。
(21)实施方案(1)-(20)中任一项的方法，其中反应温度为50℃至约300℃。
(22)一种氧化组合物，包含(a)氧化亲电试剂，其包含氧化形式的主族元素或过渡金属和至少一个含氮配体；(b)不可氧化的液体，选自氟化烃、砜、失活的芳烃、失活的脂族、失活的杂芳烃、失活的杂脂族、式为HNY2或H2NY的化合物，以及它们的组合，其中Y为吸电子基团；以及(c)任选一种或多种式为Za(NHnY2-n)p的添加剂，其中Z为阳离子，Y为芳基、-F、-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'、-NO2、-NO、-CH2SO2、-SO2R、-SO2F、-SO2OH、-SO2NH2或-P(O)RR'，其中R和R'相同或不同，并且分别为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族，a为1至5，n为0或1，p为1至5。
(23)实施方案(22)的氧化组合物，其中氧化亲电试剂包括元素汞、铊、铅、锑、硒、碲、铋、碘、金、铂、钯、银、铱、铑、锇或铼。
(24)实施方案(22)或(23)的氧化组合物，其中至少一个含氮配体具有式-NHnY2-n，其中Y是吸电子基团且n是0或1。
(25)实施方案(24)的方法，其中Y为芳基、-F、-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'、-NO2、-NO、-CH2SO2、-SO2R、-SO2F、-SO2OH、-SO2NH2或-P(O)RR'，其中R和R'相同或不同且各自为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族。
(26)实施方案(25)的氧化组合物，其中Y是-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'或-SO2R，其中R和R'相同或不同且各自为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族。
(27)实施方案(22)-(26)中任一项的氧化组合物，其中氧化亲电试剂具有式Mm(NHnY2-n)p，其中M是主族元素或过渡金属阳离子，Y是芳基、-F、-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'、-NO2、-NO、-CH2SO2、-SO2R、-SO2F、-SO2OH、-SO2NH2或-P(O)RR'，其中R和R'相同或不同，且各自为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族，m是M的氧化态形式，n是0或1，且p为1至m。
(28)实施方案(27)的氧化组合物，其特征在于，m是1-8。
(29)实施方案(22)-(28)中任一项的氧化组合物，其中组合物还包含氧化再生试剂。
(30)实施方案(29)的氧化组合物，其中氧化再生试剂是分子氧、臭氧、过氧化氢、有机过氧化物、硝酸、肼、有机肼、甲氧基胺、羟胺或它们的组合。
(31)实施方案(22)-(30)中任一项的氧化组合物，其中存在至少一种式Za(NHnY2-n)p的添加剂。
以下实施例进一步说明了本发明，但是，当然，其不应解释为以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
实施例
为了通过核磁共振(NMR)定量底物和溶液中的产物浓度，将反应混合物溶于约0.5mL三氟乙酸("HOTFA")。通常将0.1mmol的合适的标准品(例如，1,1,2,2-四氯乙烷("1,1,2,2-TCE"))加入混合物中作为内标。然后将该混合物的等分试样吸移到5mm NMR管中，该管用含有～2mm孔的标准NMR帽封帽，然后将含有氘化溶剂(例，d6-苯、d6-丙酮、d6-二甲基亚砜等)的2mm毛细管通过孔加入该管中。然后在＞10秒的弛豫延迟(未去耦)下获得NMR谱图(1H或19F)。
下列实施例阐述了在本发明的实施方案中，在含主族元素或过渡金属的氧化亲电试剂存在下，各种烃的氧化。各种实验的结果列于表1中。
表1
Figure BDA0002612212510000361
TFA:三氟乙酸基 Tf:三氟甲基磺酰基 EG:乙二醇l FPh:全氟苯基
实施例1
本实施例说明在氧化亲电试剂汞二[双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺]("Hg(NTf2)2")存在下的乙烷的氧化。
在手套箱中向装有PTFE-涂覆的磁力搅拌棒的2mL玻璃小瓶中加入0.1mmol)Hg(NTf2)2。向该小瓶中加入约500mg HNTf2。将小瓶插入不锈钢高压反应器中并密封。在反应器的进口阀打开的情况下，用氩气对其进行加压脱气，在500psig(约35kg/cm2)下脱气5次，然后在500psig(约35kg/cm2)下用乙烷脱气5次。然后在反应器中加入500psig(约35kg/cm2)乙烷，关闭进口阀。将反应器加热至180℃，同时以1000rpm搅拌3小时。将反应器冷却至室温，并缓慢释放压力。将插入的小瓶的内容物溶于约0.5mL HOTFA，并加入0.1mmol 1,1,2,2-TCE作为内标。产物的形成通过反应混合物的1H NMR测定，用苯-d6同轴锁场和匀场，且1,1,2,2-TCE校准在5.63ppm。参见图3的示例性1H NMR光谱。
基于加入的Hg(II)，EtNTf2的总收率为约10％(表1，条目5)。从表1中列出的结果可以明显看出，用Hg(NTf2)2进行氧化得到了检测到的唯一产物，单官能化EtNTf2。
实施例2
本实施例说明了在氧化亲电试剂汞双(氟代磺酰基)酰亚胺("Hg(N(SO2F)2)2")存在下乙烷的氧化。
在手套箱中向装有聚四氟乙烯(PTFE)-涂覆的磁力搅拌棒的2mL玻璃小瓶中加入56mg(0.1mmol)Hg(N(SO2F)2)2。向该小瓶中加入约0.3mL(3.14mmol)HN(SO2F)2，将该小瓶插入不锈钢高压反应器中并密封。在反应器的进口阀打开的情况下，用氩气对其进行加压脱气，在500psig(约35kg/cm2)下脱气5次，然后在500psig(约35kg/cm2)下用乙烷脱气5次。然后在反应器中加入500psig(约35kg/cm2)乙烷，关闭进口阀。将反应器加热至180℃，同时以1000rpm搅拌3小时。将反应器冷却至室温，并缓慢释放压力。将插入的小瓶的内容物溶于约0.5mL HOTFA，并加入0.1mmol 1,1,2,2-TCE作为内标。产物的形成通过反应混合物的1HNMR进行测定，用苯-d6同轴锁场和匀场，且1,1,2,2-TCE校准在5.63ppm。
基于加入的Hg(II)，EtN(SO2F)2的总收率为约60％(表1，条目7)。从表1中列出的结果可以明显看出，用Hg(N(SO2F)2)2进行氧化得到单官能化EtN(SO2F)2。
实施例3
本实施例说明了在氧化亲电试剂铊二[双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺]("Tl(NTf2)2")存在下乙烷的氧化，由铊三氟乙酸酯("Tl(OTFA)3")原位生成。
在手套箱中向装有PTFE-涂覆的磁力搅拌棒的2mL玻璃小瓶中加入55mg(0.1mmol)Tl(OTFA)3。向该小瓶中加入约600mg(约2.13mmol)HNTf2。将小瓶插入不锈钢高压反应器中并密封。在反应器的进口阀打开的情况下，用氩气对其进行加压脱气，在500psig(约35kg/cm2)下脱气5次，然后在500psig(约35kg/cm2)下用乙烷脱气5次。然后在反应器中加入500psig(约35kg/cm2)乙烷，关闭进口阀。将反应器加热至80℃，同时以1000rpm搅拌1小时。将反应器冷却至室温，并缓慢释放压力。将插入的小瓶的内容物溶于约0.5mL HOTFA，并加入0.1mmol 1,1,2,2-TCE作为内标。产物的形成通过反应混合物的1H NMR测定，用苯-d6同轴锁场和匀场，且1,1,2,2-TCE校准在5.63ppm。参见图4的示例性1H NMR光谱。
基于加入的Tl(OTFA)3，所有产物(即，EtNTf2、C2H4(NTf2)2、EtOTFA、C2H4(OTFA)2、C2H4(OTFA)(NTf2))的总收率为63％。另外，产物分布结果列于表1，条目2中。从1H NMR光谱和表1中列出的结果可以明显看出，制备了单官能化EtNTf2和乙二胺衍生物C2H4(NTf2)2以及类似的OTFA产物(使用Tl(OTFA)3)和混合的O-N官能化产物TFAO-CH2CH2NTf2。作为混合阴离子TlIII物质的结果，产物的选择性混合物提供了强有力的证据，表明该反应是通过C-H活化机理进行，如图5所示的反应进程图和图6所示的机理图所示。
实施例4
本实施例说明了在氧化亲电试剂C6F5I(NTf2)2存在下乙烷的氧化，由C6F5I(OTFA)2原位生成。
在手套箱中向装有PTFE涂覆的磁力搅拌棒的2mL玻璃小瓶中加入52mg(0.1mmol)C6F5I(OTFA)2。向该小瓶中加入约600mg(约2.13mmol)HNTf2。将小瓶插入不锈钢高压反应器中并密封。在反应器的进口阀打开的情况下，用氩气对其进行加压脱气，在500psig(约35kg/cm2)下脱气5次，然后在500psig(约35kg/cm2)下用乙烷脱气5次。然后在反应器中加入500psig(约35kg/cm2)乙烷，并关闭入口阀。将反应器加热至130℃，同时以1000rpm搅拌2小时。将反应器冷却至室温，并缓慢释放压力。将插入的小瓶的内容物溶于约0.5mL HOTFA并加入0.1mmol 1,1,2,2-TCE作为内标。产物的形成通过反应混合物的1H NMR测定，用苯-d6同轴锁场和匀场，且1,1,2,2-TCE校准在5.63ppm。
基于加入的C6F5I(OTFA)2，所有产物(即，EtNTf2、C2H4(NTf2)2、EtOTFA、C2H4(OTFA)2、C2H4(OTFA)(NTf2))的总收率为78％。另外，产物分布结果列于表1，条目8中。从1H NMR光谱和表1中列出的结果可以明显看出，制备了单官能化EtNTf2和乙二胺衍生物C2H4(NTf2)2以及类似的OTFA产物(来自C6F5I(OTFA)2的使用)和混合的O-N官能化产物TFAO-CH2CH2NTf2。作为混合阴离子C6F5I(Y)2物质的结果，产物的选择性混合物提供了强有力的证据，表明该反应是通过C-H活化机理进行(见例如图5-6)。
实施例5
本实施例说明了在氧化亲电试剂C6F5I(NTf2)2存在下乙烷的氧化，由C6F5I(OTFA)2通过与HNTf2在氯仿中交换来合成。
在手套箱中向装有PTFE涂覆的磁力搅拌棒的2mL玻璃小瓶中加入30mg(0.035mmol)C6F5I(NTf2)2。向该小瓶中加入约500mg(约2.13mmol)HNTf2。将小瓶插入不锈钢高压反应器中并密封。在反应器的进口阀打开的情况下，用氩气对其进行加压脱气，在500psig(约35kg/cm2)下脱气5次，然后在500psig(约35kg/cm2)下用乙烷脱气5次。然后在反应器中加入500psig(约35kg/cm2)乙烷，并关闭入口阀。将反应器加热至100℃，同时以1000rpm搅拌2小时。将反应器冷却至室温，并缓慢释放压力。将插入的小瓶的内容物溶于约0.5mL HOTFA并加入0.01mmol 1,1,2,2-TCE作为内标。产物的形成通过反应混合物的1HNMR测定，用苯-d6同轴锁场和匀场，且1,1,2,2-TCE校准在5.63ppm。
基于加入的C6F5I(NTf2)2，所有产物(即，EtNTf2和EDA(NTf2)2)的总收率为83％。另外，产物分布结果列于表1，条目13。从表1中列出的结果可以明显看出，制备了单官能化EtNTf2和乙二胺衍生物C2H4(NTf2)2。
实施例6
本实施例说明了在氧化亲电试剂汞二[双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺]("Hg(NTf2)2")存在下甲烷的氧化。
在手套箱中向装有PTFE涂覆的磁力搅拌棒的2mL玻璃小瓶中加入0.1mmol Hg(NTf2)2。向该小瓶中加入约500mg HNTf2。将小瓶插入不锈钢高压反应器中并密封。在反应器的进口阀打开的情况下，用氩气对其进行加压脱气，在500psig(约35kg/cm2)下脱气5次，然后在500psig(约35kg/cm2)下用甲烷脱气5次。然后在反应器中加入500psig(约35kg/cm2)甲烷，并关闭入口阀。将反应器加热至180℃，同时以1000rpm搅拌3小时。将反应器冷却至室温，并缓慢释放压力。将插入的小瓶的内容物溶于约0.5mL二甲基亚砜-d6并加入0.1mmol1,1,2,2-TCE作为内标。产物的形成通过反应混合物的1H NMR测定，且1,1,2,2-TCE校准在5.63ppm。参见图7的示例性1H NMR光谱。
从图7和表1条目4中列出的结果可以明显看出，甲烷的氧化产生CH3HgNTf2和CH3NTf2，这通过这些材料的独立合成得到证实。使用独立产生的CH3HgNTf2，显示HNTF2中的CH3HgNTf2在180℃下缓慢产生CH3HgNTf2，作为检测到的唯一官能化的产物。缓慢的官能化速率(在180℃下一小时后约20％)与在Hg(NTf2)2和甲烷的反应后混合物中观察到的MeHg(NTf2)一致。
另外，在HNTF2中于180℃下研究了EtHgNTf2的独立合成反应1h。该反应快速且定量地产生了EtNTf2，并且未观察到未反应的EtHgNTf2和Tf2NCH2CH2NTf2。EtHgNTf2生成EtNTf2的反应比CH3HgNTf2生成CH3NTf2的反应快得多的观察结果与乙烷与Hg(NTf2)2的反应中没有观察到中间体EtHgNTf2一致。此外，EtHgNTf2反应中缺少Tf2NCH2CH2NTf2与乙烷和Hg(NTf2)2反应中仅产生EtNTf2的观察结果一致。
实施例7
本实施例说明了在氧化亲电试剂汞二[双(氟代磺酰基)酰亚胺]("Hg(N(SO2F)2)2")存在下甲烷的氧化。
在手套箱中向装有PTFE涂覆的磁力搅拌棒的2mL玻璃小瓶中加入0.1mmol Hg(N(SO2F)2)2。向该小瓶中加入0.3mL HN(SO2F)2。将小瓶插入不锈钢高压反应器中并密封。在反应器的进口阀打开的情况下，用氩气对其进行加压脱气，在500psig(约35kg/cm2)下脱气5次，然后在500psig(约35kg/cm2)下用甲烷脱气5次。然后在反应器中加入500psig(约35kg/cm2)甲烷，并关闭入口阀。将反应器加热至180℃，同时以1000rpm搅拌3小时。将反应器冷却至室温，并缓慢释放压力。将插入的小瓶的内容物溶于约0.5mL HOTFA并加入0.1mmol 1,1,2,2-TCE作为内标。产物的形成通过反应混合物的1H NMR测定，用苯-d6同轴锁场和匀场，且1,1,2,2-TCE校准在5.63ppm。
基于加入的Hg(II)，在反应后混合物中观察到的MeN(SO2F)2和MeHgN(SO2F)2的总合并收率为48％。两种产物的选择性以及总收率列于表1，条目6中。
实施例8
本实施例说明了在氧化亲电试剂铊二[双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺]("Tl(NTf2)2")存在下甲烷的氧化，由铊三氟乙酸酯("Tl(OTFA)3")原位生成。
在手套箱中向装有PTFE涂覆的磁力搅拌棒的2mL玻璃小瓶中加入55mg(0.1mmol)Tl(OTFA)3。向该小瓶中加入600mg(约2.13mmol)HNTf2。将小瓶插入不锈钢高压反应器中并密封。在反应器的进口阀打开的情况下，用氩气对其进行加压脱气，在500psig(约35kg/cm2)下脱气5次，然后在500psig(约35kg/cm2)下用甲烷脱气5次。然后在反应器中加入500psig(约35kg/cm2)甲烷，并关闭入口阀。将反应器加热至180℃，同时以1000rpm搅拌3小时。将反应器冷却至室温，并缓慢释放压力。将插入的小瓶的内容物溶于约0.5mL HOTFA并加入0.1mmol 1,1,2,2-TCE作为内标。产物的形成通过反应混合物的1H NMR测定，用苯-d6同轴锁场和匀场，且1,1,2,2-TCE校准在5.63ppm。
基于加入的Tl(III)，在后反应混合物中观察到的MeNTf2和MeOTFA的总收率为54％。两种产物的选择性以及总收率列于表1，条目1中。
实施例9
本实施例说明了在氧化亲电试剂C6F5I(NTf2)2存在下甲烷的氧化，其由C6F5I(OTFA)2通过与HNTf2在氯仿中交换来合成。
在手套箱中向装有PTFE涂覆的磁力搅拌棒的2mL玻璃小瓶中加入30mg(0.035mmol)C6F5I(NTf2)2。向该小瓶中加入500mg(约2.13mmol)HNTf2。将小瓶插入不锈钢高压反应器中并密封。在反应器的进口阀打开的情况下，用氩气对其进行加压脱气，在500psig(约35kg/cm2)下脱气5次，然后在500psig(约35kg/cm2)下用甲烷脱气5次。然后在反应器中加入500psig(约35kg/cm2)甲烷，并关闭入口阀。将反应器加热至100℃，同时以1000rpm搅拌2小时。将反应器冷却至室温，并缓慢释放压力。将插入的小瓶的内容物溶于约0.5mL HOTFA并加入0.01mmol 1,1,2,2-TCE作为内标。产物的形成通过反应混合物的1HNMR测定，用苯-d6同轴锁场和匀场，且1,1,2,2-TCE校准在5.63ppm。
基于加入的C6F5I(NTf2)2，所有产物(即MeNTf2)的总收率为40％。另外，产物分布结果列于表1，条目12中。从表1所示结果可明显看出，单官能化MeNTf2是唯一产生的产物。
实施例10
本实施例说明了在氧化亲电试剂铊二[双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺]("Tl(NTf2)2")存在下乙烯的氧化，该氧化亲电试剂由铊三氟乙酸酯("Tl(OTFA)3")原位生成。
在手套箱中向装有PTFE涂覆的磁力搅拌棒的2mL玻璃小瓶中加入0.1mmol Tl(OTFA)3。向该小瓶中加入500mg(约1.8mmol)HNTf2和500mg(约2.4mmol)HN(TFA)2。在氩气下用手拧紧小瓶并快速密封。在小瓶的进口阀打开的情况下，用氩气对其进行加压脱气，在500psig(约35kg/cm2)下脱气5次。随后在该小瓶中装入200psig(约7kg/cm2)包含8psig乙烯和492psig氩气的气阀瓶，并关闭入口阀。将反应器加热至70℃，同时以1000rpm搅拌1小时。将反应器冷却至室温，并缓慢释放压力。将插入的小瓶的内容物溶于约0.5mL HOTFA并加入0.1mmol 1,1,2,2-TCE作为内标。产物的形成通过反应混合物的1H NMR测定，用苯-d6同轴锁场和匀场，且1,1,2,2-TCE校准在5.63ppm。参见图8的示例性1H NMR光谱。
基于加入的Tl(OTFA)3，所有产物(即，C2H4(NTf2)2、C2H4(OTFA)2和C2H4(OTFA)(NTf2))的总收率为16％(其对应于反应器中乙烯的完全消耗)。从图8所示的结果可以明显看出，当乙烯浓度足够低时，乙烯的氧化不形成EtNTf2和类似的OTFA产物(来自Tl(OTFA)3的使用)。然而，二官能化的乙二胺衍生物C2H4(NTf2)2，以及类似的OTFA产物和混合的O-N官能化的产物TFAO-CH2CH2NTf2是显而易见的。结果总结在表1，条目3中。
实施例11
本实施例说明了在氧化亲电试剂五氟苯基碘代-二[双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺]("FPhI(NTf2)2")存在下乙烯的氧化，该氧化亲电试剂由五氟苯基双(三氟乙酰氧基)碘苯("FPhI(OTFA)2")原位生成。
向装有PTFE涂覆的磁力搅拌棒的2mL玻璃小瓶中加入0.1mmolFPhI(OTFA)2。向该小瓶中加入500mg(约1.8mmol)HNTf2。在氩气下用手拧紧小瓶并快速密封。在小瓶的进口阀打开的情况下，用氩气对其进行加压脱气，在500psig(约35kg/cm2)下脱气5次。随后在该小瓶中装入200psig(约7kg/cm2)包含8psig乙烯和492psig氩气的气阀瓶，并关闭入口阀。将反应器加热至70℃，同时以1000rpm搅拌1小时。将反应器冷却至室温，并缓慢释放压力。将插入的小瓶的内容物溶于约0.5mL HOTFA并加入0.1mmol 1,1,2,2-TCE作为内标。产物的形成通过反应混合物的1H NMR测定，用苯-d6同轴锁场和匀场，且1,1,2,2-TCE校准在5.63ppm。
观察到的唯一产物是C2H4(NTf2，基于加入的FPhI(OTFA)2，其形成的产率为15％(其对应于反应器中乙烯的完全消耗)。当乙烯浓度足够低时，乙烯的氧化不形成EtNTf2和类似的OTFA产物(来自FPhI(OTFA)2的使用)。然而，二官能化的乙二胺衍生物C2H4(NTf2)2是显而易见的。结果总结在表1，条目9中。
实施例12
本实施例说明了在氧化亲电试剂C6F5I(NTf2)2存在下苯的氧化，该氧化亲电试剂由C6F5I(OTFA)2通过与HNTf2在氯仿中交换来合成。
在手套箱中向装有PTFE涂覆的磁力搅拌棒的2mL玻璃小瓶中加入52mg(0.06mmol)的C6F5I(NTf2)2。向反应器中加入约600mg(约2.13mmol)HNTf2，加入9μL(0.1mmol)干燥的苯。将反应器加热至120℃，同时以1000rpm搅拌30分钟。将反应器冷却至室温，将反应器的内容物溶于约0.5mLHOTFA并加入0.1mmol 1,1,2,2-TCE作为内标。产物的形成通过反应混合物的1H NMR测定，用丙酮-d6同轴锁场和匀场，且1,1,2,2-TCE校准在5.63ppm。
基于加入的C6F5I(NTf2)2，所有产物PhNTf2(7％)和碘加合物C6F5I(Ph)(NTf2)(93％)的总收率为100％，可在表1，条目11中看出。
实施例13
本实施例说明了在氧化亲电试剂对硝基苯基碘(NTf2)2存在下乙烷的氧化，该氧化亲电试剂由对硝基苯基双(三氟乙酰氧基)碘化物原位生成。
在装有插入的用PTFE涂覆的玻璃磁力搅拌棒的小型高压反应器中加入20mg(0.041mmol)对硝基苯基-双(三氟乙酰氧基)碘化物和500mg干燥的HNTf2。将反应器密封，用500psig氩气加压脱气(5次)，然后用500psig乙烷循环五次。用乙烷将反应器加压至500psig，并将其放置在150℃下的铝加热块(aluminum heating block)中3小时。反应后，在干冰/丙酮浴中快速冷却反应器。然后将其温热回到室温，并缓慢释放压力。打开反应器，将固体内容物溶解在0.5mL含有0.01mmol 1,1,2,2-四氯乙烷作为内标的HOTFA中。产物形成通过1H NMR使用苯-d6同轴并使用20秒脉冲延迟以确保定量弛豫来测定。产物混合物的示例性1H NMR光谱见图9。
反应后观察到的产物为EtNTf2(0.015mmol)、EtOTFA(0.00177mmol)和1,2-二[双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺]-乙烷(0.00451mmol)，基于氧化剂，总收率为61％。产物比为8.5:1:2.5，结果总结在表1，条目10。
实施例14
本实施例说明了在氧化亲电试剂Sb(NTf2)5存在下乙烷的氧化，该氧化亲电试剂由[Sb(OMe)5]2原位生成。
在装有插入的用PTFE涂覆的玻璃磁力搅拌棒的小型高压反应器中加入14mg(0.025mmol)[Sb(OMe)5]2和500mg干燥的HNTf2。在氩气下用手拧紧小瓶并快速密封。在小瓶的进口阀打开的情况下，用氩气对其进行加压脱气，在500psig(约35kg/cm2)下脱气5次。随后在该小瓶中装入200psig(约7kg/cm2)包含8psig乙烯和492psig氩气的气阀瓶，并关闭入口阀。将反应器加热至70℃，同时以1000rpm搅拌1小时。将反应器冷却至室温，并缓慢释放压力。将插入的小瓶的内容物溶于约0.5mL HOTFA并加入0.1mmol 1,1,2,2-TCE作为内标。产物的形成通过反应混合物的1H NMR测定，用苯-d6同轴锁场和匀场，且1,1,2,2-TCE校准在5.63ppm。产物混合物的示例性1H NMR光谱见图10。
反应后观察到的产物是混合的O-N官能化产物，TFAO-CH2CH2NTf2(0.0034mmol)，基于氧化剂，总收率为7％。乙烯消耗基于理想气体定律为反应器体积的～10％。结果总结在表1，条目14中。
本文引用的所有参考文献，包括出版物、专利申请和专利，均通过引用并入本文，其程度如同每个参考文献被单独地且具体地指示为通过引用并入本文并在此完整阐述。
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本文描述了本发明的优选实施方案，包括发明人已知的用于实施本发明的最佳方式。通过阅读前述说明，那些优选的实施方案的变型对于本领域普通技术人员而言将变得显而易见。发明人期望熟练的技术人员适当地采用这样的变型，并且发明人希望以不同于本文具体描述的方式来实践本发明。因此，本发明包括适用法律所允许的所附权利要求中记载的主题的所有修改和等同物。而且，除非本文另外指出或与上下文明显矛盾，否则本发明涵盖上述要素在其所有可能的变化中的任何组合。

Claims (31)

1.一种用于将包含至少一个C-H键的烃转化为氮官能化产物的方法，该方法包括：
使烃与(i)氧化亲电试剂，或(ii)氧化剂和还原形式的氧化亲电试剂在溶剂中接触，以提供氮官能化产物和亲电还原产物，和
任选地分离所述氮官能化产物和亲电还原产物，
所述(i)氧化亲电试剂包含：(a)氧化形式的主族元素或过渡金属；和(b)至少一个含氮配体，
所述(ii)还原形式的氧化亲电试剂包含：(a)主族元素或过渡金属；和(b)至少一个含氮配体。
2.根据权利要求1所述的方法，其包括分离所述氮官能化产物和所述亲电还原产物。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其进一步包括使所述氮官能化产物与式H-Nu的化合物接触以形成胺，其中Nu是能够形成胺的亲核基团。
4.根据权利要求3所述的方法，其中Nu是氧化物、氢氧化物、醇盐、芳基氧化物、羧酸盐、硫醇盐、二硫化物、任选的被保护的酰胺或任选的被保护的叠氮化物。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，其中Nu是-O、-OR1、-CO2R1、-S、-SR1、-NR1、-NHR1或-NR1R2，其中R1和R2相同或不同并且各自为氢、脂族、杂脂族、芳族或杂芳族。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的方法，其中H-Nu是NH3、CH3NH2、PhNH2、H2O、CH3OH、CH3CH2OH或CH3CO2H。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的方法，其中H-Nu是NH3。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其进一步包括使所述氮官能化产物脱保护以形成胺。
9.根据权利要求3-8中任一项所述的方法，其中胺包括单胺、二胺或单胺和二胺两者。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其进一步包括使所述亲电还原产物与氧化再生试剂接触以再生所述氧化亲电试剂。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述氧化再生试剂是分子氧、臭氧、过氧化氢、有机过氧化物、硝酸、肼、有机肼、甲氧基胺、羟胺、或它们的组合。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其中所述烃选自烷烃、烯烃、炔烃、环烷烃、环烯烃、杂环烷烃、杂环烯烃、芳烃和杂芳烃，并且所述烃各自任选地被取代。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述烃是烷烃、烯烃或芳烃。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的方法，其中所述氧化亲电试剂包含元素汞、铊、铅、锑、硒、碲、铋、碘、金、铂、钯、银、铱、铑、锇或铼。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的方法，其中所述至少一个含氮配体具有式-NHnY2-n，其中Y是吸电子基团且n是0或1。
16.根据权利要求15所述的方法，其中Y是芳基、-F、-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'、-NO2、-NO、-CH2SO2、-SO2R、-SO2F、-SO2OH、-SO2NH2或-P(O)RR'，其中R和R'相同或不同，并且各自为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族。
17.根据权利要求16所述的方法，其中Y是-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'或-SO2R，其中R和R'相同或不同，并且各自是脂族、杂脂族、芳族或杂芳族。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的方法，其中所述氧化亲电试剂具有式Mm(NHnY2-n)p，其中
M是主族元素或过渡金属阳离子，
Y是芳基、-F、-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'、-NO2、-NO、-CH2SO2、-SO2R、-SO2F、-SO2OH、-SO2NH2或-P(O)RR'，其中R和R'相同或不同，并且各自为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族，
m是M的氧化态形式，
n为0或1，并且
p为1至m。
19.根据权利要求18所述的方法，其中m是1-8。
20.根据权利要求1-19中任一项所述的方法，其中所述溶剂是不可氧化的液体，其选自氟化烃、砜、失活的芳烃、失活的脂族、失活的杂芳烃、失活的杂脂族、式为HNY2或H2NY的化合物、和它们的任意组合；其中Y是芳基、-F、-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'、-NO2、-NO、-CH2SO2、-SO2R、-SO2F、-SO2OH、-SO2NH2或-P(O)RR'，R和R'相同或不同且各自为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族。
21.根据权利要求1-20中任一项所述的方法，其中所述反应温度为50℃至约300℃。
22.一种氧化组合物，其包含
(a)氧化亲电试剂，其包含氧化形式的主族元素或过渡金属和至少一个含氮配体；
(b)不可氧化的液体，其选自氟化烃、砜、失活的芳烃、失活的脂族、失活的杂芳烃、失活的杂脂族、式为HNY2或H2NY的化合物，以及它们的组合，其中Y为吸电子基团；以及
(c)任选的一种或多种式为Za(NHnY2-n)p的添加剂，其中Z为阳离子，Y为芳基、-F、-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'、-NO2、-NO、-CH2SO2、-SO2R、-SO2F、-SO2OH、-SO2NH2或-P(O)RR'，其中R和R'相同或不同，并且分别为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族，a为1至5，n为0或1，p为1至5。
23.根据权利要求22所述的氧化组合物，其中氧化亲电试剂包括元素汞、铊、铅、锑、硒、碲、铋、碘、金、铂、钯、银、铱、铑、锇或铼。
24.根据权利要求22或23所述的氧化组合物，其中至少一个含氮配体具有式-NHnY2-n，其中Y是吸电子基团且n是0或1。
25.根据权利要求24所述的方法，其中Y为芳基、-F、-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'、-NO2、-NO、-CH2SO2、-SO2R、-SO2F、-SO2OH、-SO2NH2或-P(O)RR'，其中R和R'相同或不同且各自为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族。
26.根据权利要求25所述的氧化组合物，其中Y是-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'或-SO2R，其中R和R'相同或不同且各自为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族。
27.根据权利要求22-26中任一项所述的氧化组合物，其中氧化亲电试剂具有式Mm(NHnY2-n)p，其中
M是主族元素或过渡金属阳离子，
Y是芳基、-F、-COR、-C(O)OR、-C(O)NRR'、-NO2、-NO、-CH2SO2、-SO2R、-SO2F、-SO2OH、-SO2NH2或-P(O)RR'，其中R和R'相同或不同，且各自为脂族、杂脂族、芳族或杂芳族，
m是M的氧化态形式，
n是0或1，且
p为1至m。
28.根据权利要求27所述的氧化组合物，其中m是1-8。
29.根据权利要求22-28中任一项所述的氧化组合物，其中所述组合物还包含氧化再生试剂。
30.根据权利要求29所述的氧化组合物，其中所述氧化再生试剂是分子氧、臭氧、过氧化氢、有机过氧化物、硝酸、肼、有机肼、甲氧基胺、羟胺、或它们的组合。
31.根据权利要求22-30中任一项所述的氧化组合物，其中存在至少一种式为Za(NHnY2-n)p的添加剂。
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