单元合成反应——还原

1、第五章 还 原1 还原还原Reduction) 为有机合成化学中最广泛应用的为有机合成化学中最广泛应用的单元反应之一。种类繁多的有机化合物借助还原反应合单元反应之一。种类繁多的有机化合物借助还原反应合成。在分子组成上，还原表现为被还原物氧原子减少，成。在分子组成上，还原表现为被还原物氧原子减少，或氢原子增加，或两者兼而有之的过程。或氢原子增加，或两者兼而有之的过程。1.氧原子减少氧原子减少PhOHPhHPhSO3HPhHPhNNPhOPhNNPhPhCHCPhOHOPhCHCHPh25.1.1 定义定义5.1 概述概述2.氢原子增加氢原子增加3.氧原子减少，同时氢原子增加氧原子减少，同时氢原子

2、增加PhN=NPhPhNH-NHPhMe(CH2)7CH=CH(CH2)7COOHC17H35COOHMe2COMe2CHOH3 从电子得失的观点，可以认为凡能使从电子得失的观点，可以认为凡能使反应物分子获得电子，或使其中心原子上的反应物分子获得电子，或使其中心原子上的电子云密度增加电子云密度增加(即氧化数降低即氧化数降低)的反应谓之的反应谓之还原。例如：还原。例如：45.1.2 反应的重要性反应的重要性得到具有特定性能的产品得到具有特定性能的产品制备制备N-取代产物取代产物 Ar-NO2Ar-NH2Ar-NHR(ArNR2)将氨基转变为其它取代基将氨基转变为其它取代基 Ar-NH2Ar-N2

3、+Cl-Cl，-I，-F，-CN，-N=N-，H55.1.3 还原方法还原方法6还原方法还原方法加氢还原（催加氢还原（催化氢化）化氢化）均相催化氢化：均相催化氢化：催化剂溶于反应催化剂溶于反应介质介质非均相催化非均相催化氢化氢化气固相催气固相催化氢化化氢化液相催化液相催化氢化氢化化学还原法：化学还原法：以化学物质为以化学物质为还原剂还原剂电解还原法：电解还原法：在电极上进行在电极上进行电子转移电子转移 用电解法进行还原时，被还原物从阴极得到电子而被还原，较化学还原法所得的还原产物更纯，收率更高。 氢化反应是还原反应的一种重要形式，许多还原反应实际上是被还原的有机化合物发生氢化的过程。还原与氢化

4、的关系犹如氧化和脱氢的关系，氢化是借助分子氢进行的还原反应，由于分子氢在常温常压下还原能力很弱，因而氢化通常在加热、加压和催化剂存在下进行，即催化氢化。在有机合成中有着广泛的应用。5.1.4 还原反应的分类还原反应的分类碳-碳不饱和键的还原碳-氧双键的还原含氮基的还原含硫基的还原含卤基的还原7其中：硝基、亚硝基、羟氨基、氧化偶氮、偶氮、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是还原反应中合物在还原剂作用下制得胺类的方法是还原反应中重要的一类：重要的一类：序号序号被还原基团

5、被还原基团还原产物还原产物序号序号被还原基团被还原基团还原产物还原产物1 1RCOClRCOH9 92 2R-NO2R-NH23 3RCH=CHR4 4RCOHRCH2OH1010稠环芳烃稠环芳烃部分加氢部分加氢5 5RCH=CHRRCH2CH2R1111RCOORRCH2OH+ROH6 6RCORRCHOHR1212RCONH2RCH2NH27 7C6H5CH2ORC6H5CH3+ROH1313C6H5CH2ClC6H5CH3+RCl1414RCOOHRCH2OHRCHO8 8RCH2NH21515RCOONa不能氢化不能氢化RC CRR C N表表 各种官能团在催化氢化时由易到难的次序各种

6、官能团在催化氢化时由易到难的次序NNNHNHNHNRR5.1.5 不同官能团还原难易的比较不同官能团还原难易的比较5 5.1.6 .1.6 还原剂的种类还原剂的种类5.2.1 化学还原剂的种类 同一化学还原剂可用于多种不同的还原反应。同一具体还原反应也可选用不同的还原方法或不同的化学还原剂，本章遇到的化学还原剂包括： A 活泼金属及其合金 B 低价元素的化合物 C 金属复氢化合物 D 有机还原剂5.2 化学还原105.2.2 活泼金属及其合金还原11活泼金活泼金属及其属及其合金合金铁粉铁粉锌粉锌粉金属钠金属钠锡粒锡粒钠汞齐钠汞齐和锌汞和锌汞齐齐 其中实验室与工业中使用最多的是金属铁粉与锌粒，但

7、是由于环境问题，这种还原在工业上已经被禁止，但是实验室经常使用铁粉或锌粒加酸对有机物进行还原。 金属与汞的合金谓汞齐，一般说来，汞齐可使高活泼性金属的活泼性降低，使低活泼性金属的活泼性提高。汞齐的另一作用是增加流动性以便于操作。 应用这类还原剂进行的还原反应均为电子得失应用这类还原剂进行的还原反应均为电子得失的过程。金属在还原反应中的作用是供给电子，所的过程。金属在还原反应中的作用是供给电子，所需的氢由水、醇需的氢由水、醇(乙醇、正丁醇、叔丁醇等乙醇、正丁醇、叔丁醇等)、酸、酸(有有机酸、无机酸机酸、无机酸)等等“质子供给剂质子供给剂”提供。例如：提供。例如： 通常，金属与质子供给剂的反应越剧

8、烈，其还通常，金属与质子供给剂的反应越剧烈，其还原效果也越差，因为生成的质子迅速形成氢气而逸原效果也越差，因为生成的质子迅速形成氢气而逸出反应体系。金属钠与盐酸等无机酸不能用作还原出反应体系。金属钠与盐酸等无机酸不能用作还原剂概属此理。剂概属此理。 12 1854年培琴普年培琴普(Bechamp)发现硝基化合物的铁屑还发现硝基化合物的铁屑还原法。由于工艺简单、对设备要求低等优点，曾占有原法。由于工艺简单、对设备要求低等优点，曾占有重要地位。重要地位。 缺点：产生大量含有芳胺的铁泥和废水，造成严重缺点：产生大量含有芳胺的铁泥和废水，造成严重的环境污染。逐步为的环境污染。逐步为加氢还原法加氢还原法

9、所代替。所代替。 优点：铁的给电子能力较弱，只适用于容易还原的优点：铁的给电子能力较弱，只适用于容易还原的基团的还原，基团的还原，而卤素等不被还原。因此，而卤素等不被还原。因此，可可选择性还选择性还原某些基团原某些基团。 5.2.2.1 铁粉还原 A 还原历程13 铁粉还原反应是通过电子的转移而实现的。在这里铁是电子给体，被还原物的某个原子先在铁粉的表面得到电子生成负离子自由基，接着从质子给体(例如水)得到质子而生成产物。以芳香族硝基化合物被铁粉还原成芳伯胺的反应为例，其反应历程可简单表示如下：1415金属在水介质中对硝基化合物进行还原的过程，在理论上是和金属金属在水介质中对硝基化合物进行还原

10、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：微电池的阳极反应： Fe - 2e Fe2+微电池的阴极反应：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。合物就不断地被还原成胺类化合物。OH-+ H+H2O电子历程铁屑还原可以实现分步还原铁屑还

11、原可以实现分步还原 NO2NONHOHNH2ArNO2+2e+2H+Ar-NO+H2OAr-NO+2e+2H+Ar-NHOHAr-NHOH+2e+2H+Ar-NH2+H2O正极：正极：16ArNO23Fe4H2OFeCl2ArNH2Fe(OH)2Fe3O4+68ArNO2FeH2OArNH2Fe(OH)3Fe(OH)2+36Fe(OH)3312Fe(OH)32H2OFe3O4+Fe(OH)24H2O9ArNO2ArNH2+4Fe443Fe3O4Fe Fe(OH)2 Fe(OH)3 Fe3O4 绿色 棕色 黑色 铁红颜料 黑色磁粉17化学历程18B 影响因素 铁粉还原影响因素主要有B-1 铁粉质

12、量 一般采用干净软质的灰色铸铁粉，因为它含有较多碳、硅、锰、硫和磷等杂质元素，在含有电解质的水溶液中能够形成许多微电池（碳正极，铁负极），促进铁的化学腐蚀有利于还原反应进行； 灰色铸铁粉质脆，搅拌时容易破碎，增加了与被还原物的接触面积； 铁粉粒度：60 100 目 铁粉最好新粉碎19B-2 铁粉用量 从反应历程看，1摩尔单硝基化合物被还原成芳胺时需要6摩尔电子，由于铁原子还原硝基后，自身氧化成二价或三价铁离子，因此1摩尔单硝基化合物被还原成芳胺时，理论上需要23摩尔铁。由于铁表面有一定氧化物，使用时应该脱去，铁在酸性介质中能够形成氢气浪费一定量的铁，因此，实际上，要用35摩尔铁粉，才能够将硝基

13、化合物彻底还原为芳胺。个别反应甚至需要67摩尔铁粉。例如：20电解质的影响：n微电池反应原理：电解质增加水溶液的导电性，加速铁的电化学腐蚀，反应速度加快。n保持介质的pH=3.5-5，使溶液中有铁离子存在。间歇还原时 ，需补加电解质。n常用电解质是氯化铵、氯化亚铁，用量为被还原物的10-20%，铁的预蚀活性：NH4ClFeCl2 (NH4)2SO4 BaCl2 CaCl2；n通常还原时要加适量盐酸，完成铁的预蚀，并且保持亚铁离子浓度。n适当增加电解质的浓度可使还原速度加快。浓度过高，则将使还原速度减慢。如氯化亚铁达到0.4mol时，由于氧化铁表面的吸附而使还原速率降低。n通常方法是将铁粉加入含

14、有一定量酸(硫酸、盐酸、醋酸)的水中加热预蚀，形成的铁离子作为电解质，B-3 电解质、溶剂2122硝基化合物的结构和反应活性硝基化合物的结构和反应活性具有类似结构的化合物，由于取代基具有类似结构的化合物，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；原反应的进行，反应温度也可低些；具有类似结构的化合物，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。B-4硝基化合物的结构与反应温度B-4硝基化合物的结构与反应温度 应温

15、度的影响： 通常在接近反应液沸腾温度下反应。 铁粉还原反应是强放热反应，加料太快，反应过于剧烈，会导致爆沸甚至溢锅。 注意：当硝基化合物中含有乙酰氨基时，反应温度应当适当降低，以避免乙酰氨基水解。23 搅拌的影响： 铁粉比较重，需要良好的搅拌，否则容易沉到反应器底部。 衬有耐酸砖的平底钢槽和铸铁慢速耙式搅拌器。 新式反应器：衬耐酸砖的球底钢槽和不锈钢快速螺旋桨式搅拌器。耙式搅拌器耙式搅拌器冷凝器冷凝器 耙臂上耙臂上安装多组安装多组可调节刮可调节刮板，搅拌板，搅拌物质可从物质可从弧线形刮弧线形刮板的间隙板的间隙通过，搅通过，搅拌阻力小拌阻力小，降低搅，降低搅拌电机的拌电机的功耗功耗。B-5 搅拌

16、搅拌 铁屑密度较大，易沉底，需搅拌。 2425还原反应还原反应还原产物的分离与精制还原产物的分离与精制芳胺废水的处理芳胺废水的处理铁泥处理铁泥处理整个还原过程包括：整个还原过程包括：制铁红颜料制铁红颜料还原产物的分离可依胺类的性质不同而采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：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。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、易溶于水且可蒸馏的芳胺如间苯二胺、对苯二胺、对苯二胺、2,4-二氨基甲苯等，可用过滤法二氨基甲苯等，可用过滤法先除去

17、铁泥，再浓缩滤液，进行真空蒸馏先除去铁泥，再浓缩滤液，进行真空蒸馏，得到芳胺。，得到芳胺。 (3)能溶于热水的芳胺如邻苯二胺、邻氨基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。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，含有磺基或羧基等水溶性基团的芳胺，如如1-氨基萘氨基萘-8-磺酸磺酸(周位酸周位酸)、1-氨基萘氨基萘-5-磺磺酸酸(劳伦酸劳伦酸)等，可将还原产物中和至碱性，等，可将还原产物中和至碱性，使氨基磺酸溶解，滤去铁泥，再用酸化或使氨基磺酸溶解，滤去铁泥，再用酸化或盐析法析出产

18、品。盐析法析出产品。(5)难溶于水而挥发性又很小的芳胺，例如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萘胺，在还原后用溶剂将芳胺从铁泥中萃取出来。取出来。C 应用范围 铁的给电子能力比较弱, 只适用于容易被还原的基团的还原, 这个特点又使它成为选择性还原剂, 在还原过程中, 不易被还原的基团可不受影响。用铁粉还原可避免发生氯基脱落、氰基还原、氰基或乙酯基的水解等副反应, 收率可达90%（如果用氢气还原或SnCl2/HC1还原, 则收率只有50%），铁粉还原剂的主要应用范围如下： 硝基还原为氨基 羰基还原为羟基 磺酰氯还原为巯基 二芳基二硫化合物还原为硫酚 还原脱

19、溴26C-1 芳硝基化合物还原为芳胺 铁粉还原芳硝基成芳胺方法曾在工业上广泛应用, 其优点是铁粉价廉, 工艺简单。但此法副产的氧化铁铁泥中含芳胺，环境污染严重， 现已不再使用，逐渐改用氢气还原法或硫化碱还原法。但在制备水溶性的芳胺和某些小批量生产的非水溶性芳胺时，仍采用电解质存在下的铁粉还原， 目前此法在中国仍有广泛应用。例如，27铁粉还原芳硝基化合物很多28C-2 羰基还原为羟基 羰基包括醛基与酮基，它们在中性或酸性介质中可以被铁粉还原为醇羟基或酚羟基。29C-3 磺酰氯还原为巯基 芳磺酸相当稳定，不易被还原为硫酚，所以硫酚主要由芳磺酰氯还原制备，例如用铁粉/硫酸可以将芳磺酰氯还原为硫酚。

20、硫酚收率约50，硫酚容易被空气氧化为二硫化合物，存放或者作为商品出售，应该加入抗氧剂。 值得注意：芳磺酰氯用亚硫酸钠还原則得到亚磺酸。30C-4 二芳基二硫化合物还原为硫酚 二芳基二硫化合物在酸性或弱碱性条件下可以被还原成硫酚，具体还原条件与工艺条件视其具体还原对象有一定变化。CO2HNH2NaNO2 / HCl0-5 CO2HN2+ Cl-Na2S2 / H2O0-15 SFe / HCl, 95 , pH4.5or: H2 / Ni, pH13.5, 80 CO2HSCO2HSHCO2HClCH2CO2H / NaOH(aq)36-90 SCH2CO2HCO2H31C-5 还原脱溴 当需要

21、将芳环上的卤原子脱去时，主要采用氢气还原方法，但是对于特殊卤原子可以采用铁粉还原方法将卤原子脱去，例如：OMeBr2 / HOAc40-50 OMeBrBrFe / HOAc40-50 OMeBrOHBr2 / HOAc40-50 OHBrBrFe / HOAc40-50 OHBr325.2.2.2 锌粉还原锌粉还原 锌粉还原也是电子转移还原。但锌粉更易被空气氧化, 使其表面被氧化膜覆盖, 在强碱性介质中还原时，往往达不到使用效果，因此, 在中性和碱性介质中还原时，必须使用新鲜锌粉, 存放过久, 表面因为氧化而失效。还原能力与反应介质的酸碱性有关，酸性中性碱性。 用于还原-NO2、-NO、-C

22、N、C=O、C-X、碳-碳不饱和键、碳-硫键等； 在酸性（常用稀硫酸）介质中，酸可使表面氧化膜脱落，但锌与酸作用放出氢气，一般要用过量较多的锌粉。 当反应物或还原产物难溶于水时, 可以加入乙醇或乙酸增加其溶解度。有时加入甲苯等非水溶性溶剂。 锌粉还原能力强于铁粉，应用范围比铁粉稍广，但锌粉价格昂贵，用量大，使其应用受限。33A 芳磺酰氯还原为芳亚磺酸或硫酚 芳磺酸很难被还原为芳亚磺酸，但是芳磺酰氯容易被锌粉还原为芳亚磺酸。例如：NHAcOMeSO2ClZn / H2O, 4Yield 90%NHAcOMeSO2H 在强酸性条件下，并且升高反应温度，芳磺酰氯可以被还原为硫酚。例如：SO2ClZn

23、 / H2SO4, 65-70Yield 90%SHClClSO2ClCNMeOSHCNMeOZn / H2SO4, 65-70Yield 85%34B 还原硫代羰基为亚甲基 硫代羰基比羰基容易还原，因此用锌粉可以选择性地只还原C=S键，而不影响C=O键。OEtCCCOEtZn / HCl, EtOHReflux 3 hEtPhOOH2NCH2NS+NHCCCNHEtPhOOCSNHCCCNHEtPhOOCH2 假如环合时用尿素，而不是用的硫脲，则还原时，很难做到仅仅还原两个氨基之间的羰基而另外两个羰基不受影响。35C 羰基还原为羟基Yield 98%OZn / NaOH100-105 , 1

24、2 hOHMedical intermediate 羰基在中性或碱性介质中可以被锌粉还原为羟基。例如：优 点： 羰基还原成羟基后，若进行羟基酰基化可以在同一个反应器内进行，不必分离出还原产物。例如：O Zn / HOAc, 65MeO Ac2O / HOAc, 135OAcMeOAc36D 羰基还原为亚甲基 锌汞齐在浓盐酸介质中可以将羰基还原为亚甲基(Clemmensen还原)，由于反应介质为强酸性，因此，要求羰基化合物中不含有对酸敏感的基团。由于反应涉及金属汞，现在该工艺基本被淘汰，取而代之的是黄明龙反应，对于特殊羰基还原，也可以用锌粉，在弱酸性介质中被还原成亚甲基。例如： Fe / HOA

25、c, 85Et CHCO2HOOONO2NOOCHEtCO2HZn / Et2O, HCl (g)CH2NOCHEtCO2H吲哚布芬(抗凝血药)37E 硝基化合物还原为氧化偶氮苯或氢化偶氮苯 在碱性条件下。硝基化合物可以被金属锌粉还原为氧化偶氮苯与氢化偶氮苯，二者都是有用的中间体，特别是氢化偶氮苯，在酸性条件下会重排为联苯胺。385.2.3 低价元素化合物还原低价元素的化合物主要包括： 低价硫化合物。如：NaHS、Na2S、Na2Sx、Na2SO3、NaHSO3、Na2S2O4、SO2等； 低价金属化合物。如：SnCl2、FeCl2、FeSO4、TiC13等； 羟胺与水合肼（NH2OH、H2N

26、NH2） 次磷酸 （H3PO2）395.2.3.1 硫化碱还原A 硫化碱还原概述 各种硫化碱的水溶液的碱性差别较大；它们的特点还原温和，主要将芳硝基还原为氨基（特别适用于所制得的芳伯胺易与硫代硫酸钠分离的情况）。当芳环上有吸电基时，还原加速，有供电基时，还原反应变慢。如，间二硝基苯还原速度比间硝基苯胺还原速度快1000倍以上，这使多个硝基芳香化合物时, 在适当条件下，可以选择性地只还原其中的一个硝基。对硝基偶氮化合物，可只还原硝基而不影响偶氮基。另外, 也可将偶氮基还原成氨基。40 硫化碱还原：硫化碱还原： 硫化物是电子供给者，水或醇是质子供给者，还原后硫化硫化物是电子供给者，水或醇是质子供给

27、者，还原后硫化物被氧化成硫代硫酸盐。物被氧化成硫代硫酸盐。 用不同的硫化碱还原时，反应介质的用不同的硫化碱还原时，反应介质的pH值不同。值不同。 还原性温和，主要用于硝基还原为氨基（特别适用于所制还原性温和，主要用于硝基还原为氨基（特别适用于所制得的芳伯胺易与硫代硫酸钠分离的情况）。得的芳伯胺易与硫代硫酸钠分离的情况）。4ArNO2+6Na2S+7H2O4ArNH2+3Na2S2O3+6NaOHNa2SNa2S2ArNO2+Na2S2+H2OArNH2+Na2S2O3Na2S3ArNO2+Na2S3+H2OArNH2+Na2S2O3+SNa2HS4ArNO2+6NaHS+H2O4ArNH2+3

28、Na2S2O3不同的硫化碱还原反应不同的硫化碱还原反应41B 反应理论4ArNO2 + 6S2- + 7H2O4ArNH2 + 3S2O32- + 6OH-ArNO2 + 3S2- + 4H2O 4ArNH2 + 3S0 + 6OH-S0 + S2- S22-4S0 + 6 OH-S2O32- + 2S2- + 3H2O42 被还原化合物的结构：被还原化合物的结构：芳环上有吸电子基团时使还芳环上有吸电子基团时使还原反应加速，有给电子基团时使还原反应变慢。因此，原反应加速，有给电子基团时使还原反应变慢。因此，适当条件下可选择性地将多个硝基中的一个还原适当条件下可选择性地将多个硝基中的一个还原 。

29、 芳香族硝基化合物的部分还原通常采用芳香族硝基化合物的部分还原通常采用选择性还原多选择性还原多硝基化合物中某一位置上的硝基硝基化合物中某一位置上的硝基(通常是羟基、氨基、烷通常是羟基、氨基、烷氧基的邻位或位阻最小处氧基的邻位或位阻最小处）。）。NO2O2NNaONa2S+FeSO4NO2H2NNaOC 影响因素：影响因素：43 所得芳伯胺与副产的硫代硫酸钠废液容易分离时，所得芳伯胺与副产的硫代硫酸钠废液容易分离时，常用硫化碱代替铁粉还原法还原硝基为氨基，常用硫化碱代替铁粉还原法还原硝基为氨基，也可在高也可在高压釜中，较高温度（压釜中，较高温度（125-160）进行还原。）进行还原。 间苯二胺在

30、水中的溶解度大，难以与无机盐分离，间苯二胺在水中的溶解度大，难以与无机盐分离，故不宜采用硫化碱还原法。故不宜采用硫化碱还原法。NO2NO2Na2SNO2NH2NO2NO2FeNH2NH2or NaHS44 碱度的影响：碱度的影响：用硫化钠还原硝基苯，反应速度常用硫化钠还原硝基苯，反应速度常数随碱的浓度增加而增加，存在下述评衡。数随碱的浓度增加而增加，存在下述评衡。 硝基部分还原时，硫化碱用量超过理论值的硝基部分还原时，硫化碱用量超过理论值的5-10%，温度为，温度为40-80（不超过（不超过100），避免完全），避免完全还原。还原。 硝基全部还原时，硫化碱用量超过理论值的硝基全部还原时，硫化碱

31、用量超过理论值的10-20%，温度为，温度为60-110，甚至可在高压釜中进行。，甚至可在高压釜中进行。 为了维持或降低还原介质的碱性，有时加入加为了维持或降低还原介质的碱性，有时加入加入氯化铵、硫酸镁、氯化镁等物质来降低介质的入氯化铵、硫酸镁、氯化镁等物质来降低介质的碱性。碱性。45S2-+H2OHS-+OH-S22-+H2OHS2-+OH-硫化钠有氢氧化钠生成，对于碱性较敏感的硝基化合物的不宜用 4ArNO2+6Na2S+7H2O4ArNH2+3Na2S2O3+6NaOHArNO2+Na2S2+H2OArNH2+Na2S2O34ArNO2+6NaHS+H2O4ArNH2+3Na2S2O3多

32、硫化钠析出硫，浪费硫黄，还会影响产品的质量或引起副反应。 ArNO2 + Na2Sx + H2O ArNH2 + Na2S2O3 + (x-2)S 二硫化钠不生成游离碱，最常用。 Na2S + H2S 2NaHS NaOH + H2S NaHS + H2O NH4OH + H2S NH4HS + H2O硫氢化物46D 硫化碱还原应用实例D-1 多硝基化合物的部分还原 Na2S2、NaHS、Na2SNaHCO3三种还原剂常常用于多硝基化合物的部分还原，用量仅仅超过理论量的5 10，还原温度一般为40 80。有时还加入硫酸镁降低介质碱性。处于-OH或-OR基团邻位的硝基优先被还原；而处于烷基团对位

33、的硝基优先被还原；47D-2 硝基化合物的完全还原 Na2S2、Na2S还原剂也用于多硝基化合物的完全还原，要求用量要超过理论量的10 30，还原温度一般为70 110。有时在120 160在高压釜中进行。结 论： 硫化碱还原时，部分还原或完全还原依赖与反应温度、还原剂用量以及介质酸碱性48D-3 由硝基甲苯制备氨基苯甲醛 对氨基苯甲醛是重要的医药中间体，最初由对硝基甲苯氧化为对硝基苯甲醛，然后还原硝基得到；后来发现，多硫化钠在一定条件下可以直接将对硝基苯甲醛转变为对氨基苯甲醛。这个反应中多硫化钠中的硫被还原。注意：DMF起催化剂作用495.2.3.2 亚硫酸盐还原A 亚硫酸钠还原概述 亚硫酸

34、钠和亚硫酸氢钠是温和的还原剂, 反应是在水介质中进行的, 还原反应要在适当的pH值、反应温度和还原剂用量的条件下进行。可以用来做如下还原反应： 硝基还原成氨基 芳磺酰氯还原成亚磺酸NO2NaHSO3 / 8590pH = 3.55.5HNOONH2HNOOSO2ClNaHSO3 / 8590pH = 5.56.5NO2ClSO2HNH2Cl50B 亚硫酸盐还原注意事项OHO2NNH2SO3HHONaHSO3 / Na2SO3 用亚硫酸盐将硝基还原为氨基时，常常伴随有氨基邻位的磺化现象，使得应用范围受限，但是，特殊情况下，也可以用来制备特殊化合物。例如： 用亚硫酸（氢）钠将硝基化合物还原，合成相

35、应的氨基化合物时，需要一定温度，否则，硝基不被还原。例如：ClSO2ClO2NClSO2HO2NNaHSO3 / 510pH = 5.56.5515.2.3.3 水合肼还原C OCNNH2NaOMe/MeOH200220CH2+ N2NH2NH2 Wolff-Kisher反应需要高压封管才能够顺利反应，这对设备要求很高，因此，我国化学家黄明龙先生将溶剂改为二甘醇后，不需要高压就可以将羰基还原为亚甲基。因此，叫黄明龙反应 羰基化合物遇到水合肼后会形成腙，后者在碱性介质中加热脱氮形成亚甲基化合物，这一反应叫Wolff-Kisher反应CNNH2CH2+ N2NaOMeHOCH2CH2OCH2CH2

36、OH52A 将硝基还原为氨基 硝基化合物遇到水合肼后会形成芳香胺，但是还原效率很低，如果加入三价铁盐，特别是铁镁滑石，做催化剂则会使反应大大加速。例如，NH2NH2NO2NH2Cat.NH2NH2NO2Cat.PNHOHONH2PNHOHONH2NH2NO2NH2Cat.RRR = X, Me, Et, OMe, OEt53B 水合肼还原在液晶材料方面的应用 液晶中间体对丙基环己基苯酚与对丙基环己基苯甲酸是两个非常重要的液晶中间体，工业上用环己烯、苯与丙酰氯为原料在三氯化铝催化下酰化形成对丙酰基环己基苯，接着进行黄明龙反应形成4-丙基苯基环己烷，接着进行酰化形成4-(4-丙基环己基)苯乙酮，后

37、者经过不同反应分别形成对丙基环己基苯酚与对丙基环己基苯甲酸。545.2.4 负氢离子还原A 负氢离子还原剂概述 负离子H-属于亲核试剂，它只对极性双键进行氢化还原。基础有机化工中常见极性双键有： CO、 CN、N=O、SO 负氢离子还原剂有：LiAlH4、 LiBH4 、NaBH4和KBH4。 其中，LiAlH4还原能力较强，可被还原的官能团范围广， NaBH4和KBH4的还原能力较弱，可被还原的官能团范围较窄，但还原选择性较好。 这类还原剂价格很贵，只用于制药、液晶和香料等行业。 此外，实验室常用硼烷（近似与负氢离子）合成附加值很高的中间体。 55B 还原不饱和烃只有硼烷能比较容易的还原不饱

38、和烃反应遵从反马氏规则这是从端基烯烃制取伯醇的有效方法。硼烷加成产物中间体是更温和的还原剂。56C 还原羰基四氢铝锂的还原性太强，一般能还原到亚甲基，要求无水操作，比较少用硼氢化钠，硼氢化钾能温和地还原羰基到醇，比较常用。硼氢化钠中有四个负氢，理论上一摩尔硼氢化钠能还原四摩尔羰基。硼氢化钠分子量小，所以还原用的质量小，尽管硼氢化钠价格比较高，但也被广泛应用。硼氢化钠不还原硝基氰基亚氨基烯卤素常用醇做溶剂，加入少量的碱，能加速还原。57D还原酯和酰胺D-1 酯的还原四氢铝锂很容易把酯还原到醛，再还原到醇。由于醛的还原比酯的还原更容易，所以反应很难停留在成醛这一步。如果要使反应停留在醛这一步，可以

39、采取的措施（）降低温度，使用当量的四氢铝锂（）用三氯化铝或计算量的醇，取代四氢铝锂中的个氢原子。3LiAlH4 +AlCl33LiCl+4AlH3LiAlH4+3ROHLiAlH(OR)3+H258硼氢化钠可以还原酯ONCH3OOHO+NaBH4ONCH3OH+OHOH以上59D-2酰胺的还原硼烷和四氢铝锂都能有效地还原酰胺成相应的胺。NOOOLIAlH4/THFHeat, 2hNOOO2NCN(CH3)2OHeat, 1hB2H6/THFO2NCH2N(CH3)297% 单独使用硼氢化钠不能还原酰胺，但是如果硼氢化钠和乙酸混合后，就能还原酰胺。CONH2+CH3COO BH3Nadiox /

40、 THFheatCH2NH276%60E腈的还原硼烷和四氢铝锂能还原腈得到伯胺。硼氢化钠通常不能还原腈。但是如果如加入raney镍、氯化钯等作催化剂，也能还原腈CH3CN1 LiAlH4/Et2O2 H3+OCH3CH2NH288%CNNO2B2H6 / THF25 CCH2NH2NO2硝基没有被还原CNKBH4/PdCl2/MeOHr. t. CH2NH290%61F还原羧酸硼烷四氢铝锂能很好地还原羧酸成醇硼氢化钠在还原羧酸时需要加三氯化铝催化四氢铝锂在还原羧酸时，一般不停留在醛的阶段。还原条件十分温和，收率也十分理想。应用比较广泛。CCH3CH3COOHCH3LIAlH4/Et2OCCH3

41、CH3CH2OHCH390% 硼烷的还原活性和四氢铝锂相似。但是硼烷不还原硝基卤素酰氯等基团。ICOOHB2H6/THFICH2OH92%O2NCOOHNaBH4/AlCl3O2NCH2OH82%62G还原含氮化合物G-1硝基化合物的还原硼烷和硼氢化钠不还原硝基四氢铝锂能还原脂肪硝基成胺，还原芳香硝基化合物成偶氮化合物，在有三氯化铝存在时，能还原芳香硝基化合物成胺。CH3CH3NO2LIAlH4/Et2OCH3CH3NH285%G-2肟的还原硼烷、四氢铝锂、硼氢化钠都能还原肟成相应的胺CHNOHNaBH4/THFCH2NH290%CHNOHO2NB2H6/(CH3OCH2CH2)2OCH2NH

42、2O2N硝基没有被还原CHCHCCH3NOHLiAlH4/Et2OCHCHCH CH3NH255%63 A 醇铝还原 仅能使羰基还原成羟基(特殊情况下也可以生成亚甲基)，对于碳-碳原于之间的双键、三键、NO2、-Cl等均无还原能力。乙醇铝Al(OC2H5)3和异丙醇铝Al(OCHCH3)3C OCHRCH(R)HRCH CHC(R)HOHHAlOCH(CH3)23(CH3)2CHOH 2Al + 6C2H5OH 2Al(OC2H5)3 + 3H2制备和使用时均应在无水条件下5.2.5 其他有机还原剂还原64B 硼烷O2NCH2COOHBH3/THF2025O2NCH2CH2OH 3NaBH4

43、+ 4BF3 2B2H6 + 3NaBF4 还原羧酸基成相应的醇，而硝基、腈基、氯基、酯基不受影响655.3 催化氢化5.3.1 催化氢化概述 催化氢化(包括加氢和氢解)分为三种： 气固相接触催化氢化 气固液非均相催化氢化 液相均相配位催化氢化 同一个目标分子可以采用上述一种、两种、甚至三种氢化方法来制备。而一种原料在用不同的氢化方法或不同的反应条件时可以得到不同的产物。66A加氢还原过程加氢还原过程 (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。H2+ 催化剂H2催化剂催化剂+ArNO2催化剂ArNO2催化剂Ar

44、NH2ArNH2+ 催化剂67化学吸附络合物的生成控速，以硝基物加氢还原为例，铂催化剂上硝基物吸附控速，强吸附硝基物对反应有利，有吸电基可加速反应； 镍催化剂上氢吸附控速，弱吸附硝基物对反应有利，有供电基使反应加速； 68NO2NNONNNNHHH2SO4H2NNH2HHH硝基化合物氢化还原的三种反应历程 1、3分子H2还原硝基为氨基。可能的中间产物是亚硝基（-NO）和羟氨（-NHOH），但在反应过程中不积累，而是继续反应生成氨基化合物。 2、中间产物亚硝基化合物与羟氨相互作用生成氧化偶氮苯，再经偶氮苯和氢化偶氮苯途经生成苯胺。 3、中间产物羟氨直接生成氢化偶氮苯，再生成苯胺。695.3.2

45、气固相接触催化氢化A 方式与特点A-1 方 式： 将被氢化物蒸气和氢气混合气体在高温(250)和常压或稍高于常压下，通过催化剂固定床或者悬浮床而完成。A-2 特 点 ： 催化剂寿命长、价廉、消耗定额低、产品纯度高、收率 高、三废少、氢气价廉、生产成本低。 要求反应物具有高挥发性，可在一定的温度下自身蒸发汽化或在热氢气流中蒸发汽化；反应物和产物在具有良好的 热稳定性；这种氢化方法是连续操作，不适应小批量多品种生产。这限制了这种氢化方法的应用范围。 70B 氢化机理B-1 氢解离机理 被氢化物蒸气和氢气混合气体通过催化剂床层时，首先发生物理吸附，然后被催化剂表面解离产生化学吸附，接着在催化剂表面进

46、行反应，最后，反应产物解吸。 当然，产物和产物会同时离开催化剂表面，因此，反应混合气体流出反应床时，需要分离，将未反应的原料气重新返回到反应体系之中。H2 +HH+HHCatalystHHHH715.3.3 气固液非均相催化氢化A 方式与特点 气态的氢与液态或溶剂中的固态底物（被氢化物）被吸附在固体催化剂的表面上，然后发生氢化反应。 小规模生产时可以采用间歇操作的搅拌锅式高压釜 中等规模生产时可采用间歇操作的鼓泡塔式反应器 大规模生产时可采用淋液型三相固定床反应器或三相流化床反应器 72B 气固液非均相催化氢化优点 反应活性高，应用范围广 不仅适用于那些用化学还原剂可还原的化合物氢化， 还适用

47、于那些用化学还原剂难于还原的化合物氢化； 还用于难气化化合物的氢化；既可大规模生产，也可中、小规模多品种生产; 反应选择性好 与化学还原法相比，副反应少、产品质量好、收率高； 成本低，环境污染小 氢气价廉，成本低，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，其催化剂可循环使用。 以上优点使原来许多用化学还原法生产的产品，现已改用气固液非均相催化氢化法。73C 气固液非均相催化氢化注意事项 反应一般压力容器进行，各个接口处必须采用聚四氟乙烯密封； 高压釜封盖与开盖时，均应该对称拧紧或松开螺母； 反应之前，必须检漏，高压釜中的空气应该尽可能的用氮气置换，然后用氢气置换氮

48、气； 开启与关闭钢瓶减压阀时，用力要均匀；只有在减压阀关闭情况下，才可以松开氢气与高压釜的对接螺母。 反应完毕后，必须让高压釜冷却后，再缓慢卸压，最后开釜。 每次反应后，应该及时清理反应釜，特别是含氟化合物的还原更应该及时清理。 74 (1)按金属性质分类 可分为贵金属系和一般金属系。贵金属系大多数属于元素周期表中第族，以铂、钯为主。一般金属主要是镍、铜等。 (2)按催化剂的制法分类 可分为还原型、骨架型、沉淀型、氧化物型、硫化物型、载体型等，其中最重要的是骨架型和载体型。D 气固液非均相催化氢化催化剂 气固液非均相催化氢化所用催化剂主要是元素周期表中第族的金属，其中最重要的是镍、钯和铂，也用

49、到钌、铑和铱。不同金属的催化剂，其活性和选择性相差很大。同一种金属的催化剂，由于制备方法不同，其活性也相差很大，因此催化剂制备方法是非常重要。7276 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轨道已全部被电了占有而无空轨道存在时钯(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结 合 键 能甚 弱 ， 因而 活 化 程度较小铜(3d104s1) 当d轨道占有的电子较少时， 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

50、活性；Fe(3d64s2) 当d轨道有89个电子的，最为合适，铂(5d96s1) 铑(4d85s1)镍(3d84s2)D-1 骨架镍（Raney Ni）的制备与活性 将镍-铝合金, 用20%30%氢氧化钠处理，铝溶解，过滤、水洗，得到比表面积很大的黑色粉状多孔性骨架镍催化剂-Raney Ni；新制骨架镍，催化活性高，放置时，会慢慢吸附空气，活性下降。骨架镍应存放在乙醇、水或其他惰性有机溶剂液面下，隔绝空气密封存放期半年。 改变镍-铝合金成分、氢氧化钠溶液浓度和用量、溶铝温度及时间等因素，可以制得不同活性的骨架镍催化剂。 骨架镍易中毒，含硫、磷、砷、铋、卤素(特别是碘)的化合物、锡、铅等有机元素

51、化合物都会使骨架镍不同程度中毒； 工业骨架镍一般都做了部分氧化处理，使之钝化到不会自燃而又保留足够的活性，或制成Ni-Zn型非自燃骨架镍。77是最常用的液相是最常用的液相加氢催化剂加氢催化剂 D-2 骨架镍（Raney Ni）应用 骨架镍可回收循环使用。活性下降到一定程度的骨架镍，不得任意丢弃，它还吸附有活性氢，干燥后会自燃，甚至引起爆炸事故。废骨架镍应放于稀盐酸或稀硫酸中，使其失去活性； 骨架镍可在弱碱性或中性条件下使用，在弱酸性介质中，活性下降，pH值小于3，则活性消失 ； 骨架镍用于硝基、炔键、烯键、羰基、氰基、芳香性杂环、芳香性稠环、碳-卤键和硫-硫键等的氢化。对于苯环、羧基，氢化活性

52、很弱。对于酯基和酰胺则没有催化氢化活性； 与贵金属的钯和铂相比，骨架镍的催化活性较弱，要求较高的氢化温度和压力。但骨架镍价格便宜，因此得到广泛使用。78E 铂催化剂与活性 铂催化剂有：还原铂黑、熔融二氧化铂和载体铂等。最常用的是Pt/C载体催化剂。它是由氯铂酸盐覆载在活性炭上，然后用甲醛还原而制得的； Pt/C催化剂在空气中干燥后不会失活, 也不会自燃。 含硫、磷、砷、碘离子、酚类和有机金属化合物会使铂催化剂中毒； 铂催化剂活性高、氢化反应条件温和，甚至可在常温、常压下使用。 铂催化剂价格昂贵，应用范围受到限制。但铂催化剂可用于酸性条件；而镍催化剂则不适用于酸性条件。 铂催剂必须能多次循环使用

53、, 使用损失少，单位质量产品的消耗定额很低，而且失活催化剂应回收铂 ； 铂催化剂除了镍催化剂应用范围外，还用于羧基、酰胺基和苄位结构的氢化，但选择性差；79F 钯催化剂及其制备 钯催化剂有还原钯黑、熔融氧化钯和载体钯等。其中最常用的是钯/碳(Pd/C)载体催化剂。其制备过程如下：Active carbonActive carbon+PdCl2PdCl2+ H2Active carbonPd + HClActive carbonPdHCl+1% Pd/C; 2% Pd/C; 5% Pd/C; 10% Pd/C80PMeNOOHNO2H25% Pd / CPMeNOOHNH2O2NH2NF-1 钯

54、催化剂使用注意事项 Pd/C在温和条件下，对于炔键, 烯键、肟基、硝基和芳环侧链上的不饱和键具有较高催化活性；对C=C双键催化氢化时常常引起双键迁移。但对羰基、苯环和氰基等几乎没有催化氢化活性。 Pd/C是最好的脱卤、脱苄基的催化剂；有时Pd/C还是脱氢催化剂 每次用过的 Pd/C催化剂, 经处理后可多次使用, 失去活性的时Pd/C催化剂应回收钯 Pd/C对毒物敏感性小，相对比较耐酸碱，但是也不尽然。例如，下面催化反应，需要催化剂约 7.5。8182G 铜-硅胶载体型催化剂 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

55、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。反应温和，选择性高，副反应少，不易中毒，但催化剂分离和回收较困难。 过渡金属铑、钌、铱的三苯膦络合物 氯化三苯膦络铑(Ph3P)3RhCl(简称TTC)、氯氢三苯膦络钌(Ph3P)3RuClH、氢化三苯膦络铱(Ph3P)3IrH 选择性还原碳-碳双键和碳-碳叁键，对于硝基、羰基、腈基等易被还原基团则不起作用；炔烃的顺式加氢及选择性在还原末端烯烃。 OHOHH2/TTCPhH RT90%易 氢 化 末 端 双 键S CH2CH=CH2S CH2CH2CH3H2

56、TTCS使 催 化 剂 中 毒TTC本 身 就 是 络 合 物 不 会 使 催 化 剂 中 毒83 5.3.4 均相催化氢化原料的纯度原料的纯度有机物中微量的杂质引起催化剂的中毒，活性下降。有机物中微量的杂质引起催化剂的中毒，活性下降。如硝基苯气相加氢，为避免噻吩对如硝基苯气相加氢，为避免噻吩对Cu-SiO2催化剂催化剂的毒害，宜采用石油苯。的毒害，宜采用石油苯。 硝化产物中往往含有少量的硝基酚杂质，对催化硝化产物中往往含有少量的硝基酚杂质，对催化剂也有毒化作用。如在剂也有毒化作用。如在Pd/C催化剂上进行液相加催化剂上进行液相加氢还原时，硝基酚含量控制在氢还原时，硝基酚含量控制在0.02%（质量）以下。（质量）以下。5.3.5、氢化反应影响因素、氢化反应影响因素84化学结构的影响化学结构的影响反应控制步骤不同而不同反应控制步骤不同而不同采用采用Pt黑为黑为Cat，ArNO2在在Cat表面的化学吸附为控表面的化学吸附为控制步骤，吸电子基团可以加速反应。制步骤，吸电子基团可