对氯苯胺的合成

3.3.电化学还原法
电还原氯代硝基苯合成氯代苯胺一般可分为直接电还原法和间接电还 原法。 高全昌等人在乙醇—盐酸溶液中以 Pb 为阴极，电解还原对氯硝基苯 以合成对氯苯胺。工艺条件为：70 mL 的乙醇—盐酸溶液，1g 对氯硝基苯， 温度 70 ℃左右，电流密度 4.6 A/dm2。实验对氯苯胺的最大产率达到 96.2 %。 张胜帮等人以螺旋状的铂丝为阳极、螺旋状的铜丝为阴极的无隔膜电 解池中，考察了乙醇为溶剂时，对氯硝基苯质量浓度、电流密度、温度、 盐酸浓度对电解还原对氯硝基苯合成对氯苯胺产率的影响。在最佳实验条 件，即对氯硝基苯密度14.0 g/L，盐酸浓度 1.0 mol/L，电流密度 600 A/m2， 温度 70 ℃下电解后，对氯苯胺的产率达 84.60 %，电流效率 67.7 %。 电化学还原法使用无毒无害且廉价的电子作还原剂，减少了化学品的 使用，不仅降低了成本，而且对环境污染较小，具有一定的开发潜力。
用上述的反应合成氯苯，通常还得到少量的二氯代 苯，主要产物是邻位及对位异构。
2.氯苯的硝化
氯原子的定位效应 氯原子的情况比较特殊， 它是钝化苯环的邻对位定位基。这是两个相反的效 应——吸电子诱导效应和推电子共轭效应的综合结 果。氯原子是强吸电子取代基，通过诱导效应，可 使苯环钝化，所以氯原子是个钝化基团。但是当发 生亲电取代反应时，氯原子上未共用 p 电子对和苯 环的大π键共轭而向苯环离域，当氯原子的邻位和 对位受到亲电试剂硝酰正离子（NO2+）进攻时，所 发生的碳正离子中间体应该还有下面的共振结构参 与贡献。
3.6.水合肼还原法
肼还原对氯硝基苯的方法，实际上是一种特殊的催化还原 法。即肼在催化剂的存在下分解放出氢气，再以生成的氢气还原 硝基基团。 周莹等人发现向体系中引入一些金属离子能有效地加快还原 反应速度，缩短反应时间。当工艺条件：催化剂组成为 0.5g 已处 理的活性炭、10 mL浓度为 0.01mol/LFeCl3溶液和 1mL 浓度 0.01 mol/LAlCl3溶液、反应温度 70℃、水合肼摩尔用量比对氯硝基苯 为 1 比 2 时，对氯硝基苯转化率为 100%，反应时间由常规的 70 min 缩短为 40 min，大大增加催化剂的催化活性。 水合肼还原硝基氯苯制备对氯苯胺的方法，对环境无污染，产 品易于分离，且在反应中，一些较便宜的金属离子化合物，尤其 是铁的氧化物和氢氧化物显示了较高的催化收率；另一方面，在 一些精细化工生产中，需要少量的对氯苯胺产品，可以用水合肼 的方法制备。其设备投资小，反应条件温和，适合小批量生产。 此法的缺点是水合肼价格较高，且反应所需水合肼过量约30%， 难于后处理。
3.2.硫化钠还原法
由于还原能力差，硫化物还原时需要在有机溶剂中 进行。硫化钠和氯化铵在乙醇介质中可使 p-CNB 还原 为 p-CAN。也可使用连二硫酸钠，还原反应最佳投料 比为 1:3:6 时（底物：Na2S2Oห้องสมุดไป่ตู้：NaHCO3），多种芳 香硝基物可在室温下乙腈水溶液中被还原为相应胺， 并有较好的收率。NaHCO3用量为 Na2S2O6的两倍， 以保持反应混合物碱性。不足之处是反应中可产生含 磺酸基副产物，含硫废水的产生会对环境有一定污染， 不易处理。
3.1.3镁粉还原法
（NH4）2SO4-Mg/体系能很容易将一系列硝基化
合物直接转化为相应的芳胺，同时其它官能团不 受影响。蒋志斌等人将镁粉—甲醇体系应用于对 氯硝基苯加氢的反应，反应收率可达80 %。该方 法是向三口烧瓶中加入0.1 mol对氯硝基苯、100 mL甲醇、7.5 g镁粉和2 g硫酸铵，水浴加热4小时， 温度保持83℃。反应过程中，对氯硝基苯与镁粉 质量比例很重要，一般1:3为比较合适的用量。 镁粉还原能力较铁粉、锌粉强，选用醇为溶 剂，反应速度适中，污染较小。且镁粉还原法操 作简单，反应所耗时间较短。其缺点是镁粉价格 过高，且易被氧化。
4.影响对氯硝基苯选择加氢的因素
1. 底物的结构是影响催化加氢反应的主要因素，胡 拖平等考察了邻、间、对三种硝基氯苯在加氢还原时 的脱氯，得出脱氯活性规律为间﹥邻﹥对硝基氯苯。 2.催化剂活性物种的选择，关系到催化加氢的速率 和生成希望产物的收率。多种过渡元素对硝基氯苯加 氢都具有一定能够的催化活性，常用的主要有 Fe、Co、 Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt 等，它们的活性次序大 体为：Pt﹥Pd﹥Rh﹥Ir﹥Ru﹥Ni﹥其它非贵金属。 3. 催化剂的用量关系到反应的安全性、反应速率、 反应收率等。 4. 有多种物质能够部分或完全的抑制催化加氢过程， 使催化剂失活，因此要求底物有一定的纯度，防止催 化剂中毒。
3.5.用NaseH还原
Miyata等人曾使用Se及三乙胺在CO、高温高压(3 ×106 Pa. 80℃)条件下,将一系列芳香硝基物转化为芳胺, 收率由25%~86%不等,其中PCA收率为35%。D.K.Dutta 等人受其启发,开发出另一条件温和、操作简便的由芳 香硝基物制备芳胺的路径。具体过程为:将Se(3 mmol) 和NaBH4:(3.6 mmol)放人25mL乙醇中,0℃,氮气氛下合 成NaSeH。在氮气氛下,将新制备的NaSeH(3 mmol)缓 慢加入硝基物中(1 mmol),并将混合物加热至回流温度 保持一定的时间。此方法制备PCA收率可提高至 70%。
3.1.2锌粉还原法
该反应中，最佳反应条件：加料时间 6.4 h，回流时间 1.3 h，反应温度 95 ℃，加料温度 95 ℃。反应过程中，加酸前 先加入锌粉这步甚为重要。先加酸可以使金属表面电子转到 N上，搅拌20分钟，得到相对稳定的粒子自由基，而后再加 如醋酸，有H+产生，使反应不断进行下去。反应为使体系酸 性不至过强生成芳胺副产物。采用醋酸溶液。 锌粉还原法的优点是工艺比较成熟，收率较高；缺点是锌粉消耗 量较大，一般约占成本的 1/2 以上，锌又是一种宝贵资源，因此，锌 盐的综合回收利用显得尤为重要。锌粉还原法曾在各国得到广泛应用。 日本、美国、西欧等国先后采用该法生产，但是随着科学技术的发展 和社会的进步，该法的报道已经越来越少。目前，国内外已很少报道。
氯苯硝化反应过程也与苯环硝化过程大致一样， 在硝酸和硫酸混酸体系中，形成硝酰正离子，然后 硝酰正离子进攻苯环，并很快地和苯环的π电子形 成π络合物。然后π络合物中亲电试剂NO2+进一步与 苯环的一个碳原子直接连接，形成σ络合物。
3.对氯硝基苯还原制备对氯苯胺
对氯苯胺的合成主要是通过还原其相对应的硝 基氯苯得到。 虽然对氯苯胺合成工艺已有工业化成熟工艺， 而且经过各国化学工作者得不断探索和努力，对氯 苯胺合成工艺得到了很大的改进，也产生了不同的 工艺。但一直存在着收率不高、产品质量不稳定以 及对环境的严重破坏等问题，因此对氯苯胺的合成 工艺以及催化剂的研究开发仍然是化工工业界的一 个热点。
铁粉还原法是较早研究及工业化的方法，其可用于一系列芳香 硝基物中硝基的还原。采用该方法，首先向反应釜中反应时将 Fe/NH4Cl 置于中性介质中，投料摩尔比为对氯硝基苯:铁 粉:NH4Cl=1:3:5。反应经过滤，蒸出溶剂，结晶，可获得收率为 67%-91%的芳胺，其中对氯苯胺收率达 90%。 该路线的优点在于比较经济，没有脱氯副产物的生成，且从转 化率、还原时间、操作简单以及设备等角度来看也令人满意。不足 之处是操作强度大，对设备腐蚀、磨损严重，操作维护费用高， 而 且生成的铁泥对环境造成了很大的污染，对沉降铁泥的处理还会增 加运行成本。因此，铁粉还原法已逐渐被其它方法所取代。
3.7.光催化还原法
光催化剂还原法是利用电子的还原性来合成对氯苯胺 的一种方法。当光催化剂受波长小于或等于其禁带波长激 发光照射时，半导体价带上的电子被激发跃迁至导带，在 价带上留下空穴。导带电子使吸附在半导体表面的电子还 原氯代苯胺。 光催化还原法，催化剂稳定、无毒且价格较便宜；常 温常压即可顺利还原，无需高压反应器，设备简单；操作 工艺较易实施，更适合精细化工类产品生产。其缺点是光 催化效率不够理想，且纳米粉体催化剂不易分离，太阳光 利用率不高。
3.4.CO还原法
八十年代末，Miura 等人首次发现钴化合物 phCCo3（CO）9可以还原对氯硝基苯得到对氯苯胺。 反应条件要求不高，但对氯苯胺收率仅为 52%。 梅建庭等人将水溶性膦/钌配合物用于以 CO 为还 原剂的水/有机两相对对氯硝基苯选择还原为对氯苯胺 的反应，考察了反应温度压力等对反应转化率和收率 的影响。在温度 130 ℃，压力 4 Mpa，3 mol/L NaOH 的反应条件下，反应 10 小时后，对氯硝基苯的转化率 可达 95 %，产物对氯苯胺的收率可达 99%以上。 CO 还原法对反应条件要求比较苛刻，不适宜进行 对氯苯胺的工业应用。
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硝基的还原
C-Cl键的氢解
对氯硝基苯催化加氢时，在硝基吸附到催化剂 表面发生还原反应的同时，C-Cl 键也可能与硝基 竞争吸附，在活性中心上发生加氢脱氯。硝基在很 多催化剂（负载 Pt、Ru、Raney-Ni 等）上显示出 的吸附能力要远强于氢分子的吸附；然而，硝基自 身之间电荷的排斥作用，保证了氢分子的吸附位置， 继而发生一系列反应。同时，硝基的吸附能力远强 于分子的其它部位，因此硝基的 N-O 键会优先与 吸附的氢相互作用。其加氢的可能性远大于 C-Cl 键，正是由于这种差异才导致了对氯硝基苯的收率 加氢的可控制性。
亲电试剂（NO2+）进攻邻位：
（Ⅰ） 亲电试剂（NO2+）进攻对位：
（Ⅱ）
在共振结构式（Ⅰ）和（Ⅱ）中，参与共轭体 系的各原子都是八偶体结构，它们都是很稳定的共 振结构，因而也是重要的参与结构。当氯原子的间 位受到进攻时，形成的中间体碳正离子却不存在这 种比较稳定的结构，取代产物中邻位和对位产物占 优势。由此可见，氯原子的诱导效应使苯环钝化， 使亲电取代反应的进行比苯困难。而氯原子的未共 用 p 电子对的共轭效应却使邻位和对位上的钝化作 用小于间位，所以主要得到邻位和对位取代产物。
对氯苯胺的合成
1.一氯代苯的合成
苯环的氯化反应也属于亲电取代反应。在三氯化铁 或是三氯化铝等催化剂存在下，苯比较容易地和Cl2 作用，生成氯苯。
三氯化铁的作用是促使氯分子极化而离解。
在亲电取代反应中，首先是亲电试剂Cl+进攻苯 环，并很快地和苯环的π电子形成π络合物。
然后π络合物中亲电试剂Cl+进一步与苯环的一个碳 原子直接连接，这样形成的产物叫做σ络合物。
3.9.催化加氢还原法
催化加氢还原是在反应釜内一次性投入原料、溶 剂、催化剂及助剂，在一定时间内反应可一次完成。 所以，在反应系统内既有固相、液相还有气相，反应 过程比较复杂。
催化加氢法具有连续性操作、环境污染小、生产 环境好等优点。但该工艺对氢源要求高，催化剂费用 较高，因此对氯硝基苯的催化加氢还原工艺尚需进一 步改进和完善，但应该承认加氢还原法是很有发展前 途的一种工艺。
硝基的加氢速率和C-Cl键的氢解速率通常存在 明显的差别。硝基在催化剂上的吸附强于产物的氨 基，这样才有底物的吸附和产物离去动态平衡 除硝基加氢还原和 C-Cl 键氢解之外，对氯硝 基苯在加氢的同时还有可能发生硝基的不完全加氢， 以及单体的偶合等一系列不希望的反应发生。
3.1.金属粉还原对氯硝基苯制备对氯苯胺 3.1.1铁粉还原法
3.8.硼氢化物还原法
硼氢化物-尤其是硼氢化钠，过去一直作为羰基化合 物收率还原剂。六十年代，人们发现用 NaBH4-CoCl2和 NaBH4-Pd/C等 NaBH4-过渡金属盐可以还原氯代芳香硝 基化合物。 国内有人对聚合物支载硼氢阴离子树脂在（NH4） 2SO4作用下，还原对氯硝基苯进行了研究。试验在100 mL 烧瓶中加入 8 g BER（聚合物支载的硼氢阴离子树 脂），50 mmol（NH4）2SO4，10 mmol 对氯硝基苯以及 20 mL 甲醇，在室温下反应约 9 小时，对氯苯胺收率达 到 92%。 该方法操作简便，只需经过滤、洗涤等简单操作即 可得到产物。但硼氢化物昂贵的价格在一定程度上抑制 了这种方法的应用。