还原胺化分析和总结.pdf
1.还原胺化法还原胺化法主要有一般化合物的还原法和直接还原胺化法。1.CN化合物还原法硝基化合物、亚硝基化合物、肟、腈、酰胺、偶氮化合物、氧化偶氮化合物、氢化偶氮化合物等均可被还原得到胺类。 (1).硝基、亚硝基的还原硝基、亚硝基化合物的还原比较容易进行，主要有化学还原法和催化加氢还原法。化学还原法根据催化剂的不同又分为铁屑还原、含硫化合物还原、碱性介质中锌粉还原等。铁屑还原法适用范围比较广，凡是从铁泥中能分离出来的芳香胺均可以采用此法。其还原过程包括还原反应、还原产物的分离与精制、芳香胺废水及铁泥处理等几个基本步骤。 对于易随水蒸气挥发的芳香胺，如苯胺、邻（对）甲苯胺、邻（对）氯苯胺等，可用蒸汽蒸馏法将产品从铁泥中分离出来。对于易溶于水且可蒸馏的芳香胺，如间（对）苯二胺、2，4-二氨基甲苯等，可用过滤法除去铁泥，滤液浓缩后减压蒸馏即可得到芳香胺。对于可溶于热水的芳香胺，如邻苯二胺、邻氨基苯酚、对氨基苯酚等，可用热过滤法从铁泥中分离出来，滤液冷却后析出产品。 对于含有磺酸基或羧基等水溶性基团的芳香胺，如1-氨基萘-8-磺酸（过磺酸）、1-氨基萘-5-磺酸等，可将还原产物中和至碱性，使氨基磺酸溶解，过滤出铁泥，再用酸化或盐析法将产物沉淀出来。对于难溶于水且挥发性较小的芳香胺，如1-萘胺，可先还原后用溶剂将芳香胺从铁泥中萃取出来。
铁屑还原法产生大量含胺废水，必须处理回收利用。例如，在用铁屑还原硝基苯的过程中，产生大量含苯胺废水（含苯胺约4%），其中一部分可加入还原锅回收利用，其余部分必须先用硝基苯萃取。含苯胺的硝基苯经萃取后可作为还原原料，将废水中苯胺和硝基苯含量分别降低到0.2%和0.1%以下。之后还必须经过生化处理后才能排放。利用铁泥的途径之一是制造铁红颜料。含硫化合物的还原主要有硫化碱，如硫化钠、硫化氢铵、多硫化铵等。这类反应称为齐宁反应。 该反应比较温和，可以选择性地还原多硝基化合物中的硝基，或只还原硝基偶氮化合物中的硝基，而保留偶氮基，适用于由硝基化合物得到的水不溶性胺。含有酸敏感基团的硝基化合物如醚、硫醚，不易用铁粉还原，可用硫化物还原。芳环上取代基的极性对硝基还原反应的速率影响很大，引入给电子基团会阻碍反应，而引入吸电子基团则使反应加速。间硝基苯胺的还原速度比间二硝基苯慢1000倍以上。用碱性硫化物部分还原含有羟基、甲氧基、甲基的邻、对二硝基化合物时，邻位硝基首先被还原。 采用硫化物进行部分还原时，为了避免硝基被完全还原，采用温和的反应条件，例如采用过量的5-10％的氢硫化钠或二硫化钠溶液。
另一种应用广泛的含硫化合物还原方法是亚硫酸盐和连二亚硫酸钠的还原。亚硫酸盐（包括亚硫酸氢盐）能将硝基、亚硝基、羟胺、偶氮基还原为氨基，将重氮盐还原为肼。还原过程是使上述基团中的不饱和键发生反应，生成加成还原产物N-磺酸氨基，经酸水解，得到氨基化合物或肼。连二亚硫酸钠俗称连二亚硫酸盐，是一种在强碱性介质中使用的强还原剂，但价格昂贵，主要用于蒽醌和还原性染料的还原。碱性介质中用锌粉还原，可生成氧化偶氮化合物，这些化合物在酸中极易发生分子重排，生成苯胺类化合物，是制造偶氮染料的重要中间体。工业上，用锌粉作还原剂，在氢氧化钠溶液中还原硝基化合物，可得到氢化偶氮化合物。 第一级还原温度控制在100~105℃，碱浓度为12%~13%；第二级还原温度控制在90~95℃，碱浓度为9%。氢氧化钠与硝基化合物的摩尔比为0.35：1.0，锌粉比理论量多10%~15%。氢化偶氮苯在50℃稀盐酸中转位，转位完成后升温至90℃，再加入稀硫酸和硫酸钠溶液，生成难溶的苯胺硫酸盐；硫酸浓度范围可为40%~95%，在硫酸浓度为75%时可获得最大收率。还原、重排反应已在工业上连续实现。
催化加氢是胺生产的发展方向，因为它能使反应定向进行，副反应少，产品质量好，收率高。含硝基、亚硝基、氧化偶氮基、氰基的化合物均可采用加氢还原。工业上加氢还原有两种工艺：液相加氢和气相加氢还原。液相加氢是指在液体介质中进行加氢还原，一般采用固体催化剂，将原料硝基化合物溶解在溶剂中，还原剂为氢气，因此实际上是气-液-固三相催化反应。气相加氢是指以气态反应物进行加氢还原，实际上是气-固相催化反应，此法只适用于沸点低、易气化的硝基化合物的还原。加氢催化剂主要有骨架镍、铜-硅载体催化剂和碳上附着贵金属的催化剂（如钯/碳）。骨架镍又称雷尼镍，由铝镍合金制成。 从双组份合金中，通过溶解除去不需要的组份铝，形成具有高度多孔结构的骨架，所以称为骨架催化剂。常采用含镍50%的铝镍合金为原料，用氢氧化钠处理，使合金中的铝溶解：这种溶解铝的过程称为合金的“消化”。不同的消化方法会导致不同的催化剂活性。制备的灰黑色骨架镍催化剂在空气中会自燃，需保存在乙醇或蒸馏水中。使用时要注意安全。骨架镍是最常用的液相加氢催化剂，可还原硝基。镍基催化剂对硫化物敏感，会引起永久性中毒，且不能再生。
近年来，对骨架镍进行了改性研究，如对骨架镍进行部分氧化，使其钝化不自燃，同时保留较高的催化活性。铜硅载体催化剂是由铜沉积在硅胶上组成，硅胶必须具有很大的比表面积和孔隙率。催化剂采用浸渍法制备，将硅胶在硝酸铜和氨水中浸渍、干燥、焙烧，使用前用氢气活化，可得到铜含量为14-16%的金属铜。该类催化剂具有成本低、选择性好、机械强度高的优点，但抗毒性和热稳定性较差，原料中微量的有机硫化物易引起催化剂中毒。在硝基苯气相加氢中，为了提高铜硅催化剂的性能，制备了寿命长的铜铝催化剂。铂、钯、铑等贵金属均有很好的加氢活性。 它们用于硝基苯加氢的金属/活性炭催化剂的活性顺序为铂、钯、铑。2.肟和亚甲胺的还原醛、酮与羟胺反应生成肟，与胺反应生成亚甲胺。肟和亚甲胺都可以还原成胺。这是一种将醛、酮转化为相应胺的简便有效的方法。将硝基化合物还原为胺的还原剂大部分都能还原肟和亚甲胺。肟的还原常用金属氢化物，如在无水乙醚或无水四氢呋喃中的氢化铝锂，但硫氢化钠在沸腾的四氢呋喃中也能顺利反应。乙硼烷还原肟时，若反应在较低温度的四氢呋喃中进行，则得到羟胺。 但若以双(2-甲氧基乙基)醚为溶剂，则反应可在较高温度下进行，且可获得较好的胺产率，此时若存在硝基，乙硼烷可选择性地仅还原肟，而保留硝基。
催化加氢也是将肟和亚甲胺还原为伯胺的有效方法，常用的催化剂有钯和镍。金属铁也可用于还原肟和亚甲胺，如咖啡中间体紫脲酸的还原： 3、腈的还原 腈的还原主要采用催化加氢和金属氢化物还原。催化加氢可在常温常压下用钯或铂作催化剂，也可在加压下用活性镍作催化剂。通常在得到主要还原产物伯胺的同时，还会有更多的仲胺生成。用钯或镍作催化剂，在酸性溶剂中还原使产物变成铵盐，从而阻止了伯胺和反应中间体亚胺发生反应。或用镍作催化剂，在溶剂中加入过量的氨，减少副反应。氢化铝锂和乙硼烷均可将腈还原为伯胺，一般采用过量的氢化铝锂。 乙硼烷在室温下就能很快地发生反应，硼氢化钠通常不能还原氰基，但在加入活性镍、氯化钯等催化剂的情况下，还原反应能顺利进行。4、酰胺的还原酰胺的还原可用的催化剂较少，不易用活性金属进行还原，催化氢化法需在高温高压下进行，因此金属氢化物是将酰胺还原为胺的主要还原剂。氢化铝锂能在温和的条件下反应，但其缺点是价格昂贵、需无水操作。单独使用硼氢化钠不能将酰胺还原为胺，但乙酸与硼氢化钠生成的酰氧基硼氢化钠是一种非常有效的还原剂。乙硼烷是还原酰胺的较好试剂，反应产率极佳。 与氢化铝锂不同的是，以乙硼烷为催化剂时，不会发生生成醛的副反应，也不影响分子中的硝基、烷氧羰基、卤素等基团，但如果存在烯烃键则会同时被还原。
5.偶氮化合物的还原偶氮化合物是由伯胺经氮-氮键还原氢解而制备的。催化加氢、活性金属和连二亚硫酸钠是最常用的还原方法。硼烷能在温和的条件下还原偶氮化合物，而不影响分子中的硝基。金属氢化物通常不能还原偶氮化合物。6.还原胺化在还原剂存在下，羰基化合物与氨、伯胺或仲胺发生还原胺化反应。常用的还原剂有催化加氢、活性金属与酸、金属氢化物、甲酸及其衍生物等。当用甲酸作还原剂时，该反应称还原胺化反应。 (1).加氢-还原胺化在催化剂存在下，羰基化合物与胺发生加氢-胺化反应，生成伯胺、仲胺和叔胺，又称催化加氢反应。 它是工业上制备低阶脂肪胺的重要方法之一，原料有醛、酮、醇等。一般认为该反应分两步进行：第一步生成亚胺，第二步将亚胺加氢生成相应的胺。以丙酮生产异丙胺为例：因此要求催化剂具有胺化、脱水和加氢三种作用。镍、钴、铜、铁等许多金属在此反应中都有活性，其中以镍-氧化铝催化剂活性最高。反应温度一般为100~200℃，常压或稍加压，以便分离反应中过量的氢气和氨。醇、醛或酮：氨：氢气=1：1~3：1~5。调整氢胺比和反应条件可改变原料的转化率。 对于低沸点的脂肪族醛的反应，可在气相中、在镍催化剂上进行，温度为125~150℃；而对于高沸点的醛、酮，反应常在液相中进行。
（2）在甲酸及其衍生物存在下，羰基化合物与氨和胺的还原胺化反应选择性好，而且一些易还原的基团，如硝基、亚硝基、碳碳双键等不受影响。许多不溶于水的脂肪族酮、芳香族酮和杂环酮，可用甲酸铵或甲酰胺还原，再水解，以较好的收率得到一级胺。若用N-烷基取代或N，N-二烷基取代的甲酰胺代替甲酸铵，可得到二级胺和三级胺。