随着人类社会的快速发展,人们对精细化工产品的需求不断增大。为了使得精细化工产品生产过程更为绿色化,发展一种高效活化烷烃C—H键的绿色方法尤为迫切,且充满巨大挑战。由于金属具备可变价态,容易活化分子氧一步功能化惰性烷烃C—H键到含氧化合物。因此以金属为中心形成的催化剂广泛用于C—H键的活化研究。然而,金属催化剂在反应过程中发生溶解导致在产品中残留过渡金属离子,不符合绿色化学的发展要求。研究开发无金属催化剂用于C—H键的活化已成为当今研究的热点,本文选取N-羟基邻苯二甲酰亚胺作为催化剂对烷烃氧化至含氧化合物的无金属催化体系进行了研究,主要研究工作内容如下:(1)开发了一种在不含促进剂和金属助催化剂的条件下,以N-羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)为催化剂催化环己烷一步有氧氧化至食品级和药物级己二酸(AA)的方法。环己烷的转化率达到27.4%,己二酸(AA)的选择性高达79%。其次改变溶剂极性和溶剂中氢键的强度能够控制反应的催化活性和AA选择性,结合循环伏安法和紫外可见光谱表征技术,进一步研究了在各种溶剂环境中,溶剂是如何影响催化位点结构的(>NOH)。(2)通过计算化学(DFT)探讨了在NHPI催化烷烃C—H键活化过程中溶剂作用的可能机理,DFT计算得到反应物和中间体的物质结构、解离能、反应中间体及反应能垒。其次构建PCM连续模型以预测速率控制步骤的反应能垒和以模拟溶剂效应。(3)使用N-羟基邻苯二甲酰亚胺作为催化剂催化活化其它烷烃的C—H键,推断NHPI活化烷烃的可能机理。通过优化反应条件,当NHPI用量为0.6 g,在120℃下反应6 h,正己烷的转化率为42.9%,己酮的选择性可达64.2%。结果表明,NHPI对烷烃C—H键的活化效果显著。