《硼氢化钠还原》课件

硼氢化钠还原目录硼氢化钠概述基本性质与特点还原机理反应过程与影响因素应用领域合成与工业用途实验技术操作方法与注意事项相关化合物硼氢化钠概述化学式NaBH₄分子量37.83g/mol外观硼氢化钠的物理性质熔点400°C密度1.07g/cm³水溶性55g/100mL(25°C)硼氢化钠的化学性质强还原性能有效还原多种官能团对水敏感与水反应释放氢气碱性水溶液呈碱性硼氢化钠的发现历史11942年H.I.Schlesinger首次合成21953年实现工业化生产31960年代在有机合成中广泛应用硼氢化钠的合成方法原料准备氢氧化钠和三氧化二硼混合反应在矿物油中高温反应氢化处理通入氢气完成硼氢化物形成纯化处理精制得到纯净产品硼氢化钠的储存干燥环境使用干燥剂防潮避免与水接触密封保存防水解低温保存延长有效期还原机理概述亲核加成硼氢化物中的氢负离子进攻底物分子上的亲电中心氢负离子转移H⁻转移到底物分子，形成新的C-H键反应活性中心硼原子电子缺乏中心氢原子带负电荷B-H键极性键钠离子稳定结构硼氢化钠还原的立体化学1立体选择性特定构型产物2对映选择性手性中心形成3位阻效应空间效应影响还原反应的动力学pH对还原反应的影响酸性条件分解速率快，稳定性差中性条件适中反应速率碱性条件最佳稳定性和反应性温度对还原反应的影响温度(℃)反应速率选择性溶剂对还原反应的影响溶剂类型反应速率选择性甲醇高中四氢呋喃中高二甲基亚砜高低二氯甲烷低高硼氢化钠还原的底物范围醛类高反应活性酮类良好反应性酯类中等反应性酰氯极高反应性醛类化合物的还原醛基C=O官能团还原反应氢负离子进攻伯醇R-CH₂OH酮类化合物的还原5-15分钟反应时间室温下完成85-95%产率甲醇溶剂中99%选择性仅还原羰基酯类化合物的还原反应条件低温过量还原剂长反应时间产物类型伯醇醇混合物注意事项反应效率低需加强条件硼氢化钠对不饱和化合物的还原烯烃C=C双键通常不被硼氢化钠直接还原需要特殊条件或催化剂炔烃C≡C三键对硼氢化钠稳定选择性保留不饱和键硼氢化钠对含氮化合物的还原1腈类还原生成伯胺亚胺类还原生成仲胺3硝基化合物需强化条件硼氢化钠对含硫化合物的还原硼氢化钠还原的选择性化学选择性特定官能团优先区域选择性分子特定位置底物特异性特定结构优先反应硼氢化钠还原的立体选择性顺-反异构几何异构体选择性对映异构手性中心控制立体专一性单一构型产物硼氢化钠还原的局限性烯烃通常不反应羧酸难以还原酰胺反应性差胺类几乎不反应硼氢化钠在有机合成中的应用天然产物合成复杂分子中间体制备药物合成活性成分制备多步合成关键还原步骤硼氢化钠在工业生产中的应用染料还原色素前体处理金属离子还原贵金属回收造纸工业漂白过程硼氢化钠在环境保护中的应用废水处理有机污染物降解重金属去除汞、铬等离子还原催化剂再生贵金属催化剂回收硼氢化钠在分析化学中的应用痕量分析预浓缩处理形态转化定量分析电位滴定光谱分析形态分析元素价态转换衍生化处理硼氢化钠在材料科学中的应用纳米材料制备金属纳米颗粒合成表面处理金属表面改性复合材料功能材料制备硼氢化钠还原实验设计实验前准备干燥器材，惰性气体保护试剂配制溶剂选择，浓度控制反应操作温度控制，搅拌方式产物处理淬灭，分离纯化实验安全注意事项个人防护护目镜，实验服，手套设备防护通风橱，排气系统废物处理专用容器，分类存放硼氢化钠还原产物的分离效率(%)纯度(%)硼氢化钠还原产物的纯化重结晶法适用于固体产物选择合适溶剂控制温度梯度多次重复提高纯度蒸馏法适用于液体产物常压蒸馏减压蒸馏分子蒸馏硼氢化钠还原产物的表征熔点测定固体纯度初筛红外光谱官能团鉴定3核磁共振结构确证质谱分析分子量确定硼氢化钠还原反应的监测薄层色谱快速监测反应进程气相色谱定量监测转化率液相色谱复杂混合物分析硼氢化钠还原反应的优化温度筛选反应速率控制溶剂选择溶解性和选择性平衡时间优化最佳反应时间确定配比调整试剂用量比例优化硼氢化钠还原的放大实验实验室级别毫克至克级1中试放大百克至千克级工业放大吨级及以上过程优化参数调整与验证硼氢化钠还原反应的绿色化原子经济性减少副产物提高原子利用率能源效率常温反应低能耗过程可持续性试剂循环利用环境友好溶剂硼氢化钠衍生物四甲基硼氢化钠的特点1还原能力比NaBH₄弱，更选择性选择性仅还原醛，对酮不敏感3稳定性在弱酸条件下稳定氰基硼氢化钠的特点还原能力选择性高，强度适中pH稳定性范围广（3-10）选择性醛优先于酮α,β-不饱和羰基的1,2-选择性还原其他硼氢化物还原剂硼氢化锂的特点还原能力强于硼氢化钠应用范围酯类和酰胺还原注意事项易燃，反应剧烈硼氢化钾的特点还原能力略低于硼氢化钠1溶解性水溶性好成本价格低廉应用工业还原剂4硼氢化钠与格氏试剂的比较特性硼氢化钠格氏试剂反应类型还原反应亲核加成选择性高中操作难度简单复杂水敏感性中等极高硼氢化钠与氢化铝锂的比较硼氢化钠中等强度还原剂选择性高安全性好醛酮还原效果佳氢化铝锂极强还原剂选择性低操作危险性高能还原几乎所有含氧官能团硼氢化钠与钯碳加氢的比较硼氢化钠均相反应，温和条件钯碳加氢多相催化，需氢气适用范围不同底物选择性硼氢化钠还原的最新研究进展新型催化体系过渡金属协同催化不对称还原手性辅助基团引导水相反应绿色条件开发硼氢化钠还原在生物化学中的应用蛋白质修饰亚胺键还原交联糖化学多糖选择性还原同位素标记氘代还原追踪硼氢化钠还原在医药合成中的应用抗生素镇痛药心血管药物抗肿瘤药物其他硼氢化钠还原在精细化工中的应用高端应用电子材料中等领域香料与香精基础领域农药中间体硼氢化钠还原的工业化生产1原料准备计量与混合反应阶段温度与pH控制分离纯化过滤与结晶质量控制含量与杂质检测硼氢化钠还原反应的计算机模拟分子动力学模拟反应过程可视化分子运动轨迹分析量子化学计算能量变化预测过渡态结构分析硼氢化钠还原的机理研究方法2H氘代标记氢原子转移追踪11B硼核磁共振中间体结构分析18O氧同位素实验氧原子去向追踪硼氢化钠还原的立体电子效应诱导效应电子密度影响反应性共轭效应π电子离域影响选择性空间效应位阻控制反应方向硼氢化钠还原的溶剂效应质子性溶剂甲醇乙醇水非质子性溶剂四氢呋喃二甲基甲酰胺二甲基亚砜混合溶剂甲醇/四氢呋喃水/二氧六环硼氢化钠还原的副产物处理