06还原反应

nullnull 硝基化合物被还原的最终产物是胺。还原剂、介质不同时，还原产物不同。nullnull本章教学基本内容和要求概述 化学还原 催化氢化 null6.1 概述 广义地讲，在还原剂的参与下，能使某原子 得到电子或电子云密度增加的反应称为还原反应。 狭义地讲，在有机分子中增加氢或减少氧的反应，或者兼而有之的反应称为还原反应。 一、还原反应定义null6.1 概述二、还原反应的分类1、碳-碳不饱和键的还原； 2、碳-氧双键的还原； 3、含氮基的还原； 4、含硫基的还原 5、含卤基的还原其中：硝基、亚硝基、羟氨基、氧化偶氮、偶氮、以及肟、酰胺、腈、叠氮化合物等含碳一氮键的化合物在还原剂作用下制得胺类的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 是还原反应中重要的一类：本章重点讨论硝基化合物的还原。三、反应的重要性三、反应的重要性得到具有特定性能的产品 制备N-取代产物 Ar-NO2→Ar-NH2→Ar-NHR(ArNR2) 将氨基转变为其它取代基 Ar-NH2→Ar-N2+Cl-→-Cl，-I，-F，-CN，-N=N-，H6.1 概述null6.1 概述四、化学还原剂的种类null四、还原方法的分类6.1 概述null6.2 铁粉还原研究进程 工艺特点 反应设备 影响因素 实际操作铁粉还原过程是在有效搅拌下，向含有电解质的水溶液中分批交替地加入硝基化合物和铁粉，维持在沸腾温度下进行反应，还原反应可用下式 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示：优点：工艺简单，适用面广，副反应少，对设备要求低 缺点：生成大量含芳胺的铁泥和废水。4ArNO2＋9Fe＋4H2O→4ArNH2＋3 Fe3O4实际操作例3null一、理论解释（铁屑还原的电子历程）金属在水介质中对硝基化合物进行还原的过程，在理论上是和金属的腐蚀过程一致的，因此可根据金属腐蚀的电化学原理来说明。微电池的阳极反应：Fe - 2e → Fe2+微电池的阴极反应：2H+ + 2e → H2ArNO2 + 2H+ + 2e → ArNO + H2OArNO + 2H+ + 2e → ArNHOHArNHOH + 2H+ + 2e → ArNH2+ H2O结果：铁不断地腐蚀（氧化），硝基化合物就不断地被还原成胺类化合物。6.2 铁粉还原null化学历程：总反应式：4ArNO2＋9Fe＋4H2O→4ArNH2＋3 Fe3O46.2 铁粉还原null二、影响因素1、硝基化合物的结构和反应活性具有类似结构①的化合物，由于取代基的吸电子效应使氮原子上部分正电荷增加，接受电子能力因而增加，有利于还原反应的进行，反应温度也可低些；具有类似结构②的化合物，由于取代基的给电子效应使氮原子上部分负电荷增加，接受电子的能力固之减弱，不利于还原反应的进行。2、介质用铁屑还原硝基物一般以水为介质，水又是还原反应中氢的来源，为了保证有效搅拌，加强反应中的传热传质，一般取过量的水，但水量过多则会降低设备的生产能力，通常硝基物与水的摩尔比约为1：50～100。对于一些活性较低的化合物，可加入甲醇、乙醇、吡啶等能与水相混的溶剂，以利反应进行。3、铁的品质和用量还原反应在铁表面进行，因此铁的物理和化学状态对反应有很大的影响。显然，洁净和质软的灰铸铁屑优于组成比较纯净的钢屑，还原速度还部分地决定于铁屑颗粒的细度和多孔性。每摩尔硝基物理论上需要2.25摩尔铁屑，实际用量为3～4摩尔。4、电解质铁屑还原过程中，电解质的存在可提高溶液的导电能力，加速铁的腐蚀过程，因此还原速度取决于电解质的性质和浓度：曾研究各种电解质对还原速度的影响，其活性顺序为：NH4Cl(95.5)>FeCl2(91.3)>(NH4)2SO4(89.2)>BaCl2(87.3)>CaCl2(68.5)>NaCl(50.4)>Na2SO4(42.4)>KBr(41.0)>CH3COONa(10.0)>NaOH(0.7)6.2 铁粉还原null三、实际操作还原反应 还原产物的分离与精制 芳胺废水的处理 铁泥处理整个还原过程包括：制铁红颜料还原产物的分离可依胺类的性质不同而采用不同的分离方法： (1)容易随水蒸气蒸出的芳胺如苯胺、邻甲苯胺等均可采用水蒸气蒸馏法。 (2)易溶于水且可蒸馏的芳胺如间苯二胺、对苯二胺、2,4-二氨基甲苯等，可用过滤法先除去铁泥，再浓缩滤液，进行真空蒸馏，得到芳胺。 (3)能溶于热水的芳胺如邻苯二胺、邻氨基苯酚、对氨基苯酚等，用热过滤法与铁泥分离，冷却滤液析出产物。 (4)含有磺基或羧基等水溶性基团的芳胺，如1-氨基萘-8-磺酸(周位酸)、1-氨基萘-5-磺酸(劳伦酸)等，可将还原产物中和至碱性，使氨基磺酸溶解，滤去铁泥，再用酸化或盐析法析出产品。 (5)难溶于水而挥发性又很小的芳胺，例如 1-萘胺，在还原后用溶剂将芳胺从铁泥中萃取出来。 铁粉还原锅6.2 铁粉还原null举例：6.2 铁粉还原null将铁粉加入盐酸中，加热至90℃，搅拌下加入对硝基苯胺，加毕，于95-100℃反应0.5h，然后再滴加盐酸，使还原反应完全。冷却后，用饱和碳酸钠溶液中和至pH7-8，煮沸后趁热过滤，用热水洗涤滤饼，滤液与洗液合并，减压浓缩，冷却结晶，的对苯二胺。收率95%。6.2 铁粉还原null6.2 铁粉还原null1、铁屑还原法已逐渐采用连续法生产； 2、铁屑还原法除用于完全还原外，也开始用于部分还原。 3、铁屑还原法也可用于亚硝基、羟氨基等还原成氨基。总结：6.2 铁粉还原四、铁粉还原在其他方面的应用(自学)null6.2 铁粉还原null特点 （1）用于还原硝基、亚硝基、腈基、羰基、碳-碳不饱和键、碳-卤键、碳-硫键等； （2）还原能力与反应介质的酸碱性有关； （3）多数反应在碱性介质中进行。6.3 锌粉还原null6.3 锌粉还原一、芳磺酰氯还原成芳亚磺酸二、芳磺酰氯还原成硫酚 芳磺酰氯在较强的还原条件下,可以被还原成硫酚.null6.3 锌粉还原三、羰基还原成羟基null6.3 锌粉还原四、羰基还原成亚甲基null6.3 锌粉还原五、硝基化合物还原成氧化偶氮、偶氮和氢化偶氮化合物 条件：锌粉在氢氧化钠水溶液的强碱性条件下，可以使硝基发生双分子还原反应，依次生成氧化偶氮苯、偶氮苯和氢化偶氮苯。null6.3 锌粉还原null第一阶段：100-105℃，碱浓度12-13％第二阶段：90-95℃，碱浓度降至3％第三阶段：酸性条件Ar-NH-NH-Ar → H2N-Ar-Ar-NH26.3 锌粉还原抑制副反应的方法：提高碱的浓度，升高反应温度。null6.3 强碱性介质中用锌粉还原说明：联苯胺重排反应氢化偶氮化合物在酸性介质中重排，得联苯胺系化合物。 重排反应的历程：null 联苯胺系化合物的制备6.3 强碱性介质中用锌粉还原null6.4 硫化碱还原法常用的硫化碱有：硫化钠(Na2S)、硫氢化钠(NaHS)、多硫化钠(Na2S2、 Na2S3、 Na2S4)，另外还有硫化铵((NH4)2S、硫氢化铵(NH4HS)、多硫化铵，有时也用硫化锰(MnS)、硫化铁。该还原反应的优缺点： 反应较温和，可使多硝基化合物中的硝基选择性部分还原，产物的分离较方便；缺点是收率较低，废水处理麻烦。null反应设备 理论解释 影响因素 实际操作6.4 硫化碱还原法null（1）硝基物在水—乙醇介质中，用硫化钠还原，是一个自动催化反应，反应中生成的活泼硫原子将与S2-离子作用而快速生成更活泼的S22-离子，使反应大大加速。其过程可用下式表示；一、理论解释 1、动力学研究及还原质点 还原总反应式为：6.4 硫化碱还原法null（2）以硝基苯用过量稀的硫氢化钠水溶液(＜0.015moL·L-1)还原的研究，揭示了还原是一个双分子反应，最先得到的还原产物是苯基羟胺。6.4 硫化碱还原法null从几种硫化碱还原剂看，S22-为活泼的质点，由于S22-离子的水合程度较低，被氧化后的电子构型比较稳定，因此它的还原能力比S2-离子和HS-离子都强。如下式所示：其还原速度正比于二硫化钠和硝基苯的浓度，但在较浓的溶液中为三级反应，反应速度正比于二硫化钠浓度的平方，活泼的还原质点是双电荷阴离子S22-。(3)二硫化钠在稀的甲醇—水溶液介质中还原硝基苯6.4 硫化碱还原法null当然并非碱度越高越好，因此，需要控制碱性时，一般采用二硫化钠为好。此外，为了控制还原过程的碱性，也可在反应中加入氯化铵、硫酸镁、氯化镁、碳酸氢钠等物质来降 低介质的碱性。1、碱度的影响二、影响因素6.4 硫化碱还原法null2、取代基的影响（被还原物性质）结论: (1)给电子基会阻碍反应，吸电子基则加速反应; (2)带有羟基、甲氧基、甲基的邻、对二硝基化合物采用硫化碱部分还原时，邻位的硝基首先被还原。6.4 硫化碱还原法null三、硫化碱还原制胺（1）间硝基苯胺可由间二硝基苯部分还原制得，反应在90℃下进行：1、采用硫化碱进行部分还原时，为避免硝基的完全还原，采用较温和的反应条件：过量5％一10％的硫氢化钠或二硫化钠溶液，40 ℃一80 ℃，有时再加入无机盐控制碱性。比如：（2）2-氨基-4-硝基苯酚是以硫化钠和硫酸亚铁反应制得的新鲜硫化亚铁为还原剂于温度为60℃一80℃时制得：6.4 硫化碱还原法null 2、如用硫化碱进行完全还原时，一般要采用计算量的110％一120％的硫化钠 (或二硫化钠)，反应温度范围在60℃一100℃，这种方法主要适用于制备容易和硫代硫酸钠水溶液分离的芳胺：3、硫化氢也可用作还原剂，例如，2,4-二硝基甲苯在苯—三乙胺—甲醇—水溶液中，用硫化氢还原可制得2-氨基-4-硝基甲苯，收率94％。硝基化合物用硫化氢的还原也能在气相、常压、100℃一500 ℃，在铝—硅—沸石催化剂上实现。锌粉还原法6.4 硫化碱还原法null6.4 硫化碱还原法null例：对以下操作进行评论 （1）在电解质存在下还原时，先加入被硝化物，然后一次加入大部分或全部铁屑； （2）在电解质存在下还原时， 先加入大部分铁屑，然后慢慢加入被还原的硝基物。答： （1）不可。硝基还原是强烈放热反应，在沸腾温度下，如果加铁屑太快，会使反应物爆沸或溢锅。应慢慢加入铁屑。 （2）不好。会有部分铁与水作用释放氢损失，并增加搅拌器的动力消耗。应先加入盐酸和少量铁屑进行预蚀、然后加入硝基物．并慢慢加入铁屑。例 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 解 析铁粉还原锅null 亚硫酸盐(包括亚硫酸氢盐)还原剂能将硝基、亚硝基、羟氨基、偶氮基还原成氨基，将重氮盐还原成肼，还原历程是对上述基团中的不饱和键进行加成反应，生成加成还原产物N—磺酸胺基，经酸水解制得氨基化台物或肼。 亚硫酸氢钠将芳伯胺重氮盐还原为芳肼的过程可用下式表示：6.5 亚硫酸盐还原法null6.5 亚硫酸盐还原法1-氨基-2-萘酚-4-磺酸（1，2，4-酸）null6.6 金属复氢化合物还原法(自学)主要使用的是LiAlH4和NaBH4 4LiH + AlCl3 → LiAlH4 + 3LiCl 特点：反应速度快，副反应少，选择性好，产品收率高，反应条件较温和。 主要应用： -COOH→-CH2OH -C=O→-C-OH 价格高，工业上应用较少null6.7 催化氢化 在催化剂的存在下，有机物与氢气（H2)发生的反应叫做催化氢化（催化加氢）。芳杂环null催化氢解 在催化剂存在下，含有碳杂键的有机物分子与氢气反应，发生碳杂键断裂，分解成两部分氢化产物的反应叫做催化氢解。6.7 催化氢化null6.7 催化氢化一、催化氢化的方法仅适用于沸点较低、容易气化的硝基物的还原。气-液-固非均相催化氢化的主要优点： 1、反应活性高，能使那些用化学还原剂难于还原的化合物氢化，应用范围广。 2、反应的选择性好、副反应少、产品质量好、收率高； 3、反应完毕后，只要过滤出催化剂，蒸出溶剂即可得到产品，不会造成环境污染； 4、可用于难汽化的被氢化物和中、小规模多品种生产； 5、氢气价廉。null表 各类催化氢化催化剂二、催化剂6.7 催化氢化null1、催化作用的电子因素加氢还原催化剂的活性与其最外层电子的空d轨道有关，一个优良的催化剂要求其d轨道有一定的电子占有程度。当d轨道有8～9个电子的，最为合适，如铂(5d96s1) 、铑(4d85s1) 、 镍(3d84s2) ；当d轨道占有的电子较少时，如Fe(3d64s2)，则反应物与催化剂结合的键能可达到较大数值，结合十分牢固，使吸附物不易解析，从而使催化剂失去活性；当d轨道已全部被电了占有而无空轨道存在时，如铜 (3d104s1) ，则结合键能甚弱，因而活化程度较小；钯(4d10)的d轨道虽已被占有，但由于其4d轨道的电子容易转移至5s轨道而变成4d95s1，故而仍具有较好的活性。6.7 催化氢化null2、几种重要的催化剂 (1)骨架镍 （又称阮内(Raney)镍） （2）铜-硅胶载体型催化剂 1、骨架镍的基本原料是镍-铝合金，其中镍的含量一般在30％～50％，其余为铝，由于镍-铝合金组成的变化，以及在骨架镍的制备过程中所用碱的浓度、反应温度、反应时间和洗涤催化剂的条件等方面的差异，可以得到不同活性的骨架镍，型号有W-1、W-2、W-3、W-4、W-5、W-6、W-7、T-I。W-2型活性适中，制法简便．能满足一般需要，为常用的骨架镍催化剂。W-4～w-7均属高活性镍催化剂。 2、制备好的灰黑色骨架镍在干燥状态下会在空气中自燃，所以需保存在乙醇或蒸馏水中，使用时需注意安全。 3、骨架镍是最常用的液相加氢催化剂，它能使合硝基、氰基、芳环的化合物和烯烃发生加氢反应。 4、镍系催化剂对硫化物敏感，可造成永久中毒，无法再生。铜—硅胶催化剂是由沉积在硅胶上的铜组成，硅胶必须具有大的表面积和孔隙度，催化剂以浸渍法制备；铜—硅胶催化剂具有成本低、选择性好、机械强度高等优点，因而用于流化床硝基苯气相加氢中，但抗毒性、热稳定性较差，原料中微量的有机硫化物(如噻吩)，就极易引起催化剂中毒。 6.7 催化氢化3、注意问题 3、注意问题 贮存、使用、安全性 （骨架镍作部分氧化处理，使之钝化到不会自燃而又保留足够高的活性；制成Ni－Zn型非自燃骨架镍等） 中毒与再生 措施：A，使用不含“毒物”的原料（如铜盐可使Pd－C中毒） B，寻找可以“抗毒”的催化剂 任何再生方法都只能部分恢复催化剂的活性 6.7 催化氢化三、非均相催化氢化反应历程三、非均相催化氢化反应历程++++催化氢化和一般催化反应一样，包括以下三个基本过程： (1)反应物在催化剂表面的扩散、物理和化学吸附； (2)吸附络合物之间发生化学反应； (3)产物的解析和扩散，离开催化剂表面。null原料的纯度和结构 温度和压力 催化剂的选择与负荷 溶剂→改进传质 设备与操作四、气-液-固非均相催化氢化的主要影响因素6.7 催化氢化null1、原料的纯度和结构氢源和被氢化物6.7 催化氢化空间效应越大，越不易靠近催化剂，需要强化反应条件，如升高温度、增加压力、提高催化剂活性等。 分子结构不同，催化氢化的难易程度不同： Ar-NO2＞- -＞-C=C-＞-C=O,R-NO2＞ArH 直链烯烃＞环状烯烃＞萘＞苯＞烷基苯＞芳烷基苯2、温度和压力 2、温度和压力 原则：（1）活性低的催化剂，反应温度高，活性高的催化剂，反应温度低 。 Pd 常温常压； Ni 100℃，1-3MPa； MoS(抗中毒)：250℃， 25MPa (2)T升高，速率增加，但T过高会引起焦化等副反应，并影响催化剂的寿命 P升高，相当于提高氢气的浓度，反应速率增加，但P超过一定的范围后则影响不大 6.7 催化氢化3、催化剂的选择与负荷3、催化剂的选择与负荷催化剂是影响加氢的主要因素 几种不同的金属—活性炭型催化剂对硝基苯的加氢进行比较 Pt＞Pd＞Rh＞Ni 控制催化剂的浓度、用量、负荷以及损耗量负荷 6.7 催化氢化4、溶剂→改进传质 6.7 催化氢化4、溶剂→改进传质 溶剂的作用 （1）溶解被氢化物； （2）有利于传质； （3）便于催化剂的回收利用； （4）改变反应的选择性。对溶剂要求 （1）沸点高于反应温度； （2）对产物有较大的溶解度，有利于解析。null6.7 催化氢化溶剂的种类 CH3COOH ＞ H2O ＞ CH3CH2OH ＞ CH3COOC2H5 高压反应使用溶剂：H2O， ， ， null四、应用6.7 催化氢化1、顺丁烯二酸酐的催化氢化null6.7 催化氢化 1,4-丁二酸酐的制备由顺酐制备，氢化的方法主要有溶剂法和熔融法两种。 溶剂法是在1，4—二氧六环中，在铜的钼酸盐等温和催化剂的存在下，在120—160℃和20MPa进行氢化，丁二酸的收率可达100％。国外多采用此法，但此法要求条件较严，否则会过度加氢生成较多的γ—丁内酯酪或四氢呋喃。 焙融法是将顺酐熔化后，在160℃、5MPa催化氢化。此法是近年中国研究成功的先进方法，因不用溶剂、工艺简化、产品质量提高、成本下降、环境污染减少。null γ-丁内酯的制备（1）1，4-丁二醇脱氢法 （2）顺酐氢化法 6.7 催化氢化null6.7 催化氢化2、苯的催化氢化null3、硝基苯的催化氢化6.7 催化氢化（1）苯胺的制备null苯胺基本物化性质 1、学名：苯胺，其他名称：氨基苯，阿尼林油   2、分子式：C6H5NH2； 分子量：93.13； 结构式：-NH2   3、理化性质：   （1）苯胺（纯净）为无色透明液体，在空气中氧的影响和光的照射或高温时易被氧化，颜色变化过程为：无色—黄色—红棕色—黑色；   （2）熔点-6.2°C，沸点184.4°C，自燃点615°C；密度d420=1.0219；   （3）苯胺在水中溶解度随温度升高而增大，且在温度大于167.5°C时能与水互溶（以任何比例）；   （4）苯胺易溶于苯、乙醇等有机溶剂和稀酸中；   （5）苯胺荃弱碱性，能腐蚀铜和金。 4、产品用途：   苯胺是基本有机合在中的重要中间体，它是制造染料、橡胶助剂、塑料、农药、医药的主要原料，例如：染料中用于制造酸性墨水兰G、酸性嫩黄、靛兰、金光红酚青红、油溶黑等；在农药中用于生产杀虫剂、除草剂等，它还是生产香料、塑料、胶片等中间体的基本原料之一，并可作炸药中的稳定剂、汽油中的防爆剂以及溶剂；苯胺又是生产聚氨酯泡沫塑料的主要原料。 5、苯胺易经完整皮肤吸收。液态苯胺经皮肤吸收速率比其蒸气约快1000倍，在体内氧化为对氨基酚，代谢中间体产物苯基羟胺是致溶血的主要物质。临床表现主要为高铁血红蛋白血症、溶血，严重者有肝、肾损害，尿中对氨基酚测定可作为生物接触指标之一。 null6.7 催化氢化（2）对氨基苯酚的制备 对硝基苯酚铁粉还原法、对硝基苯酚催化氢还原法、硝基苯锌粉还原法、硝基苯催化氢化法和硝基苯电解还原法等五种 null 硝基苯的催化氢化转位法6.7 催化氢化null副反应产物6.7 催化氢化null本 章 作 业6-1：（1）、（3）、（6） 6-6； 6-8； 6-25.null例1：在用镍铝合金制备骨架镍时，为何制备条件不同所制得的骨架镍的催化活件会有很大差异？答：只要制备条件略有不同，就会使所制得的骨架镍的微晶结构、孔隙结构和力学强度等性质有所不同，从而它们的活性也各不相向。例2：硝基苯液相催化加氢制苯胺时，为何用骨架镍催化剂而 不用钯／碳催化剂？答：骨架镍价廉、活性适中，不会使芳环加氢。钯／碳价格贵，活性高，有可能使芳环加氢。例 题 解 析null例4： 以下工业还原过程分别可以使用哪些化学还原剂？最好使用哪些化学还原剂？不宜用哪些化学还原剂? 可用铁屑，不能用硫化碱最好用二硫化钠，也可用铁屑最好用硫氢化钠，一般用二硫化钠和硫酸镁可用铁屑，不能用二硫化钠 null最好用二硫化钠，已不用铁屑铁屑