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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-,H
有机合成单元反应------还原
6.1.3 还原方法
均相催化氢化:催化剂溶于反应介质 加氢还原(催化氢化) 液相催化氢化 非均相催化氢化 气固相催化氢化 化学还原法:以化学物质为还原剂 电解还原法:在电极上进行电子转移
有机合成单元反应------还原
铁粉在电解质中,对硝基 亚硝基和羟胺表现出强的还原性。 电解质:稀盐酸 稀硫酸 醋酸 氯化铵 氯化亚铁的水溶液等
反应
4ArNO2
Fe
+
9Fe
+ 4H2O
+
2e
4ArNH2
+
3Fe3O4
负极 正极
2+ Fe
ArNO2
+
2H
+
+
2e
ArNO
+
H2O
ArNO
ArNHOH
2H
金属复氢化合物:NaBH4、KBH4、LiBH4、LiAlH4
有机合成单元反应------还原
6.2 铁粉还原
• • • • • 反应特点 反应历程 应用范围 铁粉还原的主要影响因素 还原产物的分离
有机合成单元反应------还原
6.2.1Leabharlann Baidu反应特点
• • • • • • 以金属铁为还原剂,反应在电解质溶液中进行 选择性好(硝基或其它含氮的基团) 工艺成熟、简单,适用范围广 副反应少 对设备要求低 产生大量的含胺铁泥和废水
有机合成单元反应------还原
• (3)铁粉的影响 • 灰铸铁的铁粉,因为还有大量的锰、硅、磷 等,容易形成原电池,还原速度比较快。 • 比较纯的铁粉,还原速度很慢。 • 铁粉的用量:理论用量 2.25mol/mol硝基,实 际用量 3~4mol/mol硝基。 • 铁粉的目数:60~100目。太粗时,表面积小, 反应慢;太细时,后处理困难。
+
+
+
2e
2e
ArNHOH
ArNH2
+
2H
+
+
H2 O
有机合成单元反应------还原
6.2.2铁粉还原影响因素
(1)硝基化合物结构 芳环上有供电子基团时,硝基上的电子云密度增大,反应速度变….. 芳环上有吸电子基团时,硝基上的电子云密度减小,反应速度变…..
有机合成单元反应------还原
• (2)电解质影响 • 微电池作用原理,在电解质溶液中,反应速度加快。 • 常用的电解质是氯化铵和氯化亚铁。电解质的量一 般是硝基的10~20%。 • 通常还原时要加适量盐酸,完成铁的预蚀。 • 整个反应过程中必须保持一定的亚铁离子浓度,如 果检查没有亚铁离子,需加酸来保持亚铁离子浓度。
有机合成单元反应------还原
1,2-二苯肼类化合物,可以在酸性条件下重排生成联苯胺类化合物.
H3C
H2N NH2
CH3 NH2
H2N
H3C H2N
O
O
CH3 NH2
Cl H2N
Cl NH2
联苯胺类化合物致癌,多数国家禁用.
有机合成单元反应------还原
6.4含硫化物还原
能做还原剂的含硫化合物分两类: 硫化碱:硫化物 硫氢化物 多硫化物 亚硫酸盐:亚硫酸盐 亚硫酸氢盐等 1 还原反应方程式
RCHOHR’ C6H5CH3+ROH
C6H5CH3+RCl RCH2NH2
12 13
14 15
RCONH2
R
RCH2NH2
R
7
C6H5CH2Cl 8
R C N
RCOOH RCOONa
RCH2OH RCHO 不能氢化
6.1.6 还原剂的种类
氢气(H2)
活泼金属及其合金:Fe、Zn、Na、Zn-Hg、Na-Hg 低价元素化合物 金属:FeCl2,SnCl2 非金属:Na2S,Na2S2,Na2Sx,Na2S2O4
有机合成单元反应------还原
2-氨基-4-硝基苯酚
OH NH2
Cl NO2 NaOH
ONa NO2 Na2S2
ONa NH2 HCl
OH NH2
NO2
NO2
NO2
NO2
NO2
(a)水解 于水解釜中,加入1400升水,加热到60度,加入750公斤2, 4-二硝基氯苯,升温到90度,1.5小时内,加入780升30%的 液碱,102~104度保温30分钟至全部溶解. (b)还原 上步反应液中,于65~70度加入1225升30%液碱和440 公斤硫磺配成还原剂.最高温度不得超过90度,测试反应终点,然后冷 却到20度,抽滤.滤饼以1300升水和适量盐酸重结晶.最后得产品 300公斤.
有机合成单元反应------还原
3 芳香硝基化合物结构的影响
反应过程温和,当偶氮基和硝基共存时,可以只还原 硝基而不还原偶氮基 主要用于还原硝基,当有两个硝基时,可以只还原其 中一个.因为一个硝 基被还原后,变成了供电子基团。
OH NH2 OMe NH2 O 2N OH NH2 NH2
NO2
NO2
有机合成单元反应------还原
OEt NH2
邻氨基对甲苯乙醚
CH3
OH OH NO2 NaOH ONa NO2 EtCl OEt NO2 Na2S2 OEt NH2
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
有机合成单元反应------还原
6.5氢负离子转移还原
在第三族元素的硼
Na
+
铝等的氢化物中,氢显负电性.
H
+
H B H
-
H K H
H B H
-
H Li H
+
H Al H
-
H H
H B H H
H B H H B
H
H
前三者为亲核还原试剂,对大多数不饱和键具有还原作用.不还原烯烃. 硼烷为亲电还原试剂,对包含烯烃在内的不饱和键具有还原作用.
有机合成单元反应------还原
有机合成单元反应------还原
一 还原不饱和烃 只有硼烷能比较容易的还原不饱和烃. 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。
有机合成单元反应------还原
6.2.5 还原产物的分离
• 水溶性小、且易随水蒸气蒸出的芳胺 如:苯胺、氨基氯苯、甲基苯胺 分离方法:水蒸气蒸馏法 • 水溶性大、且可以蒸馏的芳胺
如:间苯二胺、对苯二胺、2,4-二氨基甲苯 分离方法:过滤、浓缩母液、减压蒸馏
有机合成单元反应------还原
• 溶于热水、但在冷水中溶解度低的芳胺
有机合成单元反应------还原
(4)水和反应溶剂 铁粉还原时,水是必须的,因为水是反应物之一。 一般要求水的摩尔量是硝基的50~100倍。 当反应物在水中的溶解度较低时,可以用甲醇或乙 醇做反应溶剂,但是少量水是必须的。 (5)搅拌 铁粉比重大,容易沉在反应釜底,因此需要良好的 搅拌。
有机合成单元反应------还原
4ArNO2
ArNO2
+
+
6Na2S
Na2S2
+ 7H2O
+
H2 O
4ArNH2
+
+
3Na2S2O3
+ 6NaOH
ArNH2
Na2S2O3
ArNO2
+
Na2Sx
+
H2O
ArNH2
+
Na2S2O3
+
(x-2)S
有机合成单元反应------还原

从反应方程式看反应介质酸碱性的影响
(1)用硫化钠还原,有氢氧化钠生成,在反应体系变碱 性,在碱性条件下能发生类似锌粉还原硝基芳烃的反应。如果 要避免副反应的发生,就要让体系变成缓冲体系:NH4Cl MgSO4 MgCl2 NaHCO3 (2)用多硫化钠还原,有硫磺生成,反应后需要除掉硫, 操作不便. (3)最常使用的还原剂是二硫化钠.
NO2 NHOH H Zn
+
+
有机合成单元反应------还原
硝基苯经锌粉还原为苯基羟胺,在无需分离和纯化的条件下 经重排和精制得到对氨基苯酚 。 NHOH OH
NH2
硝基苯在强碱性介质中用锌粉还原制备1,2-二苯肼 :
NO2 _
+
OH Zn
NH NH
当硝基苯的用量为0.25mol时,硝基苯与锌粉的摩尔比为1:5,溶 剂的醇水体积比为1:1.5,溶剂总量为32mL,反应时间为1.5h, 产率 为90%
• 6.2.3铁粉还原适用范围 • 从理论上讲:所有的硝基化合物都可以被铁粉还原。 铁粉价格便宜,来源广泛。反应条件温和,铁粉还 原使用范围广泛。 • 实际上:铁粉还原收到诸多限制 • (1)产物必须容易分离纯化。 • (2)不能引起环境污染。所有还原反应中,铁 粉还原最容易引起环境污染的,大量的还有有机物 的还原铁泥没有办法处理。 • 理论上,所有的铁粉还原反应,都可以被催化加 氢还原所取代。
有机合成单元反应------还原
6.1.4 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
有机合成单元反应------还原
6.1.5 不同官能团还原难易的比较
有机合成单元反应------还原
表 各种官能团在催化氢化时由易到难的次序
NO2
NO2
有机合成单元反应------还原
4 硫化碱还原反应实例
(1)多硝基化合物部分还原 (2)硝基化合物完全还原 (a)1-氨基蒽醌 (b)1-萘胺
有机合成单元反应------还原
对氯邻氨基苯酚
OH NH2
OH
OH
OH NO2
OH NH2
Cl
Cl
Cl
Cl
(a)制备 二硫化钠 30%的液碱800公斤,搅拌下加入硫磺粉192公斤,升温到105度 反应1小时.得二硫化钠溶液备用. (b)还原 还原釜中,加入700升水,173.5公斤对氯邻硝基苯酚,80度时,缓 慢加入二硫化钠溶液,控制温度不超过90度,加料完毕于100度保温4小时。 (c)中和 用320公斤小苏打和250升水混合,降温到20度,搅拌30分钟,抽 滤,得到粗品,粗品用水重结晶得到产品.
有机合成单元反应------还原
6.2.4 铁粉还原反应实例
(1)邻甲氧基苯胺
OCH3 NO2 Fe HCl OCH3 NH2
邻硝基苯甲醚加入浓盐酸中,加热搅拌,保持100~110°C, 慢慢加入铁粉,加完后,继续保温1.5小时,加水后,用40%的 NaOH 中和,然后进行水蒸气蒸馏。馏出物油水分离,水层盐析, 再得一部分油层,油层合并,减压蒸馏,收集117~121 °C/20mmHg的馏分,得产品。
第6章 还原
(Reduction)
有机合成单元反应------还原
• • • • • • •
概述 铁粉还原 锌粉还原 硫化碱还原 亚硫酸盐还原 金属复氢化合物还原 催化氢化
有机合成单元反应------还原
6.1 概述
• • • • • • 定义 反应的重要性 还原方法 还原反应的分类 不同官能团还原难易的比较 还原剂的种类
有机合成单元反应------还原
6.1.1 定义
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。
有机合成单元反应------还原
6.1.2 反应的重要性
• 得到具有特定性能的产品 • 制备N-取代产物
序号 1 2 3 4 5 被还原基团 RCOCl R-NO2
RC CR'
还原产物 RCOH
序号
被还原基团
N
还原产物
N H
R-NH2 RCH=CHR’ RCH2OH RCH2CH2R’
9
N
N H
N
N H
RCOH RCH=CHR’
10 11
稠环芳烃 RCOOR’
部分加氢 RCH2OH+R’O H
6
RCOR’ C6H5CH2OR
有机合成单元反应------还原
(2)对氨基甲酚
OH Fe HCl NO2 NH2 OCH3
还原釜内加入母液,升温至60 °C以上,投入1/3的铁粉 和盐酸,加热至沸腾,交替加入剩余的铁粉和对硝基苯酚,保 温30分钟,以碳酸钠调节pH值7.2以上,加入亚硫酸钠,适量 的活性炭和母液,回流10分钟,过滤,冷却结晶。甩滤,滤饼 为对氨基苯酚。收率为90%。 单耗:对硝基苯酚 1388kg,铁粉 1778kg,30%的盐酸 200公斤。
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6.3 锌粉还原
锌粉的还原性和反应介质有关。锌粉是有机工业上常用 的还原剂,因为它的还原 范围很广。 在酸性介质中,用锌粉还原对硝基苯胺制备对苯二胺
NO2 NH2
+
NH2
H Zn
+
NH2
对硝基苯胺与锌粉的摩尔比为1:4,反应温度为80-85℃,反 应时间为6h,对苯二胺的产率90% 硝基苯在弱酸性条件下,锌粉还原合成苯基羟胺 。
如:邻苯二胺、氨基苯酚 分离方法:热过滤、冷却结晶
• 含-SO3H和-COOH的芳胺
如:周位酸、老伦酸 分离方法:调节pH至碱性,过滤,酸化或盐析
NH2 SO3H SO3H
NH2
PH=4.75-4.95
PH=2-3
有机合成单元反应------还原
• 难溶于水、且挥发性很小的芳胺 如:2,4,6-三甲基苯胺 分离方法:萃取
硼烷加成产物中间体是更温和的还原剂。
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