自由基的检测和捕获—有机反应机理系列51
如何证明一个反应包含自由基过程？如何证明该反应过程中自由基的结构？这就需要我们采取不同的实验方法进行自由基的检测和捕获。关于自由基的检测和捕获的实验方法主要包括：自由基捕获实验、自由基钟实验和EPR检测自由基。
由于自由基本身非常活泼很容易得到或者失去电子，因此研究者很难直接分离或者检测自由基。为了捕获自由基，研究者采取了“先稳定后检测”的策略：即加入某种特定的试剂（自由基捕获剂）其可以与自由基快速形成更加稳定的物种，以便研究者开展后续检测和分离工作。
其主要研究思路如下，在反应中加入自由基捕获试剂（TEMPO，BHT，苯醌，DPPH，硝基苯醌，四甲基苯醌, 苯基-N-叔丁基硝酮等）来看主反应是否被抑制，同时检测和分离被捕捉后的产物以进一步研究自由基的结构。比如苯乙炔与对甲苯亚磺酸钠的碘硫化反应，加入TEMPO可以抑制反应进行，证明该反应包含自由基过程。而在反应过程中，研究者还分离了化合物7，进一步证明了反应过程中对甲苯硫基自由基的存在。
参考文献：Lin, Y.-m.; Lu, G.-p.; Cai, C.; Yi, W.-b., Odorless,One-Pot Regio- and Stereoselective lodothiolation of Alkynes with SodiumArenesulfinates under Metal-Free Conditions in Water. Organic Letters 2015,17 (13), 3310-3313.
2 自由基钟实验
自由基钟（即环丙基甲基自由基）的实质是一种已知的速率反应的化合物，来确定另一个反应的速率提供了校准，为间接测定自由基反应动力学提供了依据。很多情况下，研究者更多的是利用环丙基甲基自由基可以重排形成烯丁基自由基的特点，来证明反应是否是自由基过程。
如环丙基（苯基）甲酮与2-氨基苯硫酚的环化反应，该反应的产物是环丙基破环以后形成的产物，则证明反应中一定经历了环丙基甲基自由基的过程。如反应是离子型反应则不会出现破环的产物。
参考文献：Lin, Y.-m.; Lu,G.-p.; Wang, R.-k.; Yi, W.-b., Radical Route to 1,4-Benzothiazine Derivativesfrom 2-Aminobenzenethiols and Ketones under Transition-Metal-Free Conditions. OrganicLetters 2016, 18 (24), 6424-6427.
3 电子自旋共振法 (ESR)
电子自旋共振(ESR)是检测自由基最直接最有效的方式，特别是随着自旋标记技术和自旋捕获技术的发展，ESR技术已在物理学、半导体、有机化学、络合物化学、化工、生物化学、医学、环境科学、地质探矿等许多领域内得到广泛的应用。ESR的实验原理与NMR相似，只不过ESR检测的是电子的自旋谱，而NMR检测的是核的自旋谱。。在相同外加磁场强度下，ESR共振频率远高于NMR，这说明ESR的能级差远高于NMR的能级差。根据Boltzmann分布定律，粒子在两个能级间的分布与能级差有关，能级差越大，处于低能级的粒子数就越多，发生共振时，跃迁至高能级而产生的信号就越强。因此， ESR的灵敏度较NMR高得多。
ESR谱与NMR谱不同，不同自由基相当于化学位移的值变化很小，不能提供有用的结构信息。ESR谱主要由超精细裂分及超精细裂分常数提供结构信息。电子自旋与附近磁核自旋的相互作用所产生的ESR信号的偶合裂分称为超精细裂分，可以提供有关自由基结构的有用信息，成为ESR谱的重要参数。