¹H NMR(400 MHz)以TMS 为内标，用Bruker-DMX 400型核磁共振仪(CDCl₃为溶剂)；薄层色谱板为青岛海洋化工厂GF₂₅₄硅胶板；柱层析硅胶为青岛海洋化工厂生产(200~300目)；其它化学试剂均为分析纯或化学纯购上海泰坦科技股份有限公司。

氯化亚铁四水合物催化取代乙苯氧化反应的一般过程：在20 mL反应管中依次加入取代乙苯(1 mmol)，水(2 mL)，70% TBHP (10当量)和FeCl₂·4H₂O (1 mol%)，将反应管放入已经预热到80℃的油浴中，反应12 h，通过TLC点板检测，反应结束后冷却至室温。将反应液倒入100 mL的分液漏斗中，加入1 mL的饱和硫代硫酸钠进行淬灭并用二氯甲烷洗涤(5 × 5 mL)。将得到的二氯甲烷萃取液合并，并用无水硫酸钠干燥，过滤后，减压蒸出二氯甲烷，浓缩液通过层析法分离后得到目标产物2a-2j。

1) 苯乙酮(2a)：¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ7.96 (dt, J = 8.0, 2.0 Hz, 2H), 7.58 – 7.54 (m, 1H), 7.46 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.61 (s, 3H).

2) 对甲基苯乙酮(2b)：¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ 7.79 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 7.18 (d, J = 8.0 Hz, 2H), 2.50 (s, 3H), 2.34 (s, 3H).

3) 间叔丁基苯乙酮(2c)：¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ 8.02 (t, J = 1.9 Hz, 1H), 7.77 (d, J = 8.7 Hz, 1H), 7.61 (d, J = 9.8 Hz, 1H), 7.40 (t, J = 8.2 Hz, 1H), 2.61 (s, 3H), 1.36 (s, 9H).

4) 苯丁酮(2d)：¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ 7.89 (s, 1H), 7.87 (t, J = 1.7 Hz, 1H), 7.49 – 7.43 (m, 1H), 7.40 – 7.34 (m, 2H), 2.86 (t, J = 7.3 Hz, 2H), 1.69 (q, J = 7.4 Hz, 2H), 0.92 (t, J = 7.4 Hz, 3H).

5) 3,5-二氟苯乙酮(2e)：¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ 7.46 (dd, J = 7.6, 2.0 Hz, 2H), 7.09 – 6.95 (m, 1H), 2.59 (s, 3H).

6) 二苯甲酮(2f)：¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ 7.82 – 7.77 (m, 4H), 7.59 – 7.54 (m, 2H), 7.46 (dd, J = 11.6, 4.0 Hz, 4H).

7) 芴酮(2g)：¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ 6.38 (d, J = 7.3 Hz, 2H), 6.26 – 6.18 (m, 4H), 6.02 (t, J = 7.2 Hz, 2H).

8) 氧杂蒽酮(2h)：¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ 8.35 (dd, J = 7.8, 1.9 Hz, 2H), 7.76 – 7.71 (m, 2H), 7.51 (dd, J = 8.5, 0.6 Hz, 2H), 7.39 (m, J = 8.1, 7.1, 1.1 Hz, 2H).

9) 9,10-蒽醌(2i)：¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ 8.37 – 8.28 (m, 4H), 7.84 – 7.78 (m, 4H).

10) 1-萘乙酮(2j)：¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ 8.81 (d, J = 8.6 Hz, 1H), 8.00 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 7.94 (d, J = 7.2 Hz, 1H), 7.89 (d, J = 8.1 Hz, 1H), 7.63 (m, 1H), 7.58 – 7.47 (m, 2H), 2.75 (s, 3H).

首先，选择乙苯(1a)氧化作为模型反应，分别考察催化剂、氧化剂、添加剂、溶剂以及时间对反应转化率和选择性的影响(如表1所示)。在70% TBHP水溶液作为氧化剂、乙腈作为溶剂的条件下，当FeCl₂·4H₂O和FeCl₃·6H₂O作为催化剂反应24小时后，分别得到了产率为45%和26%的目标产物(编号1和2)。在确定催化剂为FeCl₂·4H₂O后，尝试向上述体系中加入20 mmol%TBAC (四丁基氯化氨)作为添加剂，催化反应产率可达到52% (编号3)。空白实验表明，在FeCl₂·4H₂O的缺失下，产率明显下降至28% (编号4)，结果表明二价铁对催化氧化过程中起到重要的作用。随后，尝试了增加催化FeCl₂·4H₂O的量至5 mmol%，但产率下降至36% (编号5)。在确定催化剂FeCl₂·4H₂O的最佳用量为1 mmol%后，考察了70% TBHP的量对氧化反应的影响。结果表明，随着氧化剂TBHP量的增加，氧化产率从55%提高到89% (编号6~9)，证明了氧化剂TBHP在反应过程中的重要作用。当反应时间缩短至12小时，发现产率下降至85% (编号10)。在其他条件不变，使用氯苯作为溶剂，反应24小时后仅得到61%的产率(编号11)。结果表明，乙腈作为溶剂有利于催化氧化反应的进行。反应体系中不加入TBAC时，延长反应时间对产率没有明显影响(编号12和13)，但缩短反应时间至6小时，目标化合物的产率下降至65% (编号14)。在上述研究的基础上，考察了以水为溶剂FeCl₂·4H₂O催化的氧化反应。结果表明，在水相中氧化反应也能够顺利发生，并且随着反应时间的延长，产率明显增加，最高可达到88%的产率(编号15和16)。最后，我们确定了在水相中乙苯氧化生成苯乙酮的最佳反应条件为：乙苯1 mmol，1 mol% FeCl₂·4H₂O，10当量的TBHP，水2 mL，反应温度为80℃，反应时间为12 h。

表1. 反应条件的优化^a

^a反应条件：1 mmol乙苯，1 mol%催化剂，70% TBHP溶液，TBAC 20 mol%，溶剂2 mL，80℃。^b分离产率。^cFeCl₂·4H₂O 5 mol%。

根据得到的最优反应条件，我们考察了底物的适用范围(如表2所示)。对于4-甲基、3-叔丁基取代乙苯底物反应能够顺利发生，分别以55%和92%的产率得到相应的产物2b和2c (编号1和2)；同样，丁基苯氧化也能得到相应的产物2d，产率58% (编号3)。3,5-二氟乙苯的氧化反应在相同的条件下也能够进行，2e产率略有下降达到44% (编号4)；对于二苯甲烷类芳烃，如二苯甲烷和芴，同样能够被氧化成相应的芳基酮产物2f和2g，产率分别为93%和77% (编号5和6)，并且原料回收率为14%；对于氧杂蒽，在相同条件下被氧化成产物2h，可获得97%的分离产率(编号7)；对于稠环芳烃衍生物，如：蒽和1-乙基萘，氧化反应仍然顺利发生，并且我们发现在蒽的9号位和10号位均发生氧化，得到目标产物2i和2j并给出83%和77%的产率(编号8和9)。而相比较1-乙基萘，2-甲基萘的氧化反应仅发现痕量的目标产物(编号10)。

根据上述实验数据，我们提出了取代乙苯衍生物可能的催化氧化反应机理，如图1所示。首先，在加热的条件下，二价铁促进叔丁基过氧化氢分解为叔丁氧基自由基和羟基自由基，叔丁氧基自由基夺取乙苯分子中亚甲基上的氢质子，形成自由基中间体(I)；随后，中间体(I)和羟基自由基结合形成中间体(II)；中间体(II)进一步与叔丁氧基自由基作用，脱去一分子叔丁醇后，得到自由基中间体(III)；中间体(III)和羟基自由基结合形成重要中间体(IV)。最后，中间体(IV)脱去一分子水后生成苯乙酮产物。

表2. 底物拓展^a

Continued

^a反应条件：反应底物1 (1 mmol)，70% TBHP (10 equiv.)，FeCl₂·4H₂O (1 mol %)，水(2 mL)，反应温度为80℃，反应时间为12小时；^b分离产率。^c原料回收。

图1. 取代乙苯可能的氧化反应机理