芳香胺被廣泛用作醫藥中間體染料、感光材料、醫藥和農業化學品和抗氧化劑。制芳胺是一重要的有機合成單元反應,還原芳香族硝基化合物是制備芳胺的重要途徑,目前, 随着我國化學工業的發展,特别是精細化學品的迅猛發展, 其應用範圍不斷拓寬, 市場前景看好,芳胺作為一重要化工産品, 必将随着我國經濟發展, 特别是醫藥、農藥、染料等的發展, 需求量呈現快速增長勢。
芳香族硝基化合物還原為相應胺的方法很多,下面我将對我了解到的相關方法做一個簡短的介紹,常見的方法有化學還原法,催化加氫還原法,電解還原法,常壓下CO/H2O還原法, 水合肼還原法。
一、 化學還原法是一大類還原方法,其中就金屬催化劑不同,反應條件的不同分為很多類。
金屬還原法
很多活潑金屬( 如鐵、錫、锂、鋅等) 在供質子劑存在下, 可以将芳香族硝基化合物還原成相應的胺。其中以鐵粉還原最為常見。
此法具有較強還原能力, 基本上适用于所有硝基化合物的還原, 還原過程羰基、氰基、鹵素、碳碳雙鍵基本不受影響,且操作條件溫和, 工藝簡單, 副反應少, 對設備要求低。生産芳胺的同時還可以制得鐵紅顔料, 技術經濟較合。但該生産存在着自動化水平低, 工人勞動強度大, 所産生的含芳胺鐵泥和廢水對環境污染嚴重等問題。因而, 該法已逐漸被其他生産工藝所取代。
硫化物還原法
在硫化堿還原法中, 常用的硫化堿有 Na2S、NaHS、Na2S2 , 可用于多硝基化合物的部分還原和全部還原。在進行部分還原時, 須嚴格控制硫化堿用量( 一般過量 5%~10% ) 和還原溫度, 以避免多硝基化合物的完全還原。
硫化堿還原法是一種比較成熟的生産工藝,目前國内大部分企業都采用該法生産芳胺, 其主要特點是反應比較緩和、産物易分離、易實現封閉式生産、生産周期較短、設備的腐蝕性較小等。但因采用硫化堿溶液作為原料, 造成生産成本較高,收率比鐵屑還原法低, 産生的廢液量較多污染環境, 因而社會效益與經濟效益欠佳。
室溫光照條件下甲酸/乙腈還原法
室溫光照條件下甲酸在乙腈溶液中還原芳香硝基化合物。此法反應條件溫和,适用于各種芳香族硝基化合物,反應時間短,副反應少。但反應用到了乙腈做溶劑對環境污染嚴重。
碘酸還原法
氫碘酸還原硝基化合物在90 ℃非回流條件下反應2~4小時,可以得到較高的産率,反應過程中不會對其他官能團包括氰基、酯、酰胺、羰基、鹵素等産生影響。在此之前有在回流條件下用氫碘酸還原的報道,但那樣容易導緻在酸條件下不穩定的芳香化合物水解,本次報道的方法沒有出現水解現象。
钐/碘還原法
芳香疊氮化合物,特别在多環系列在自然條件下很難還原,由于他們對金屬特别敏感,在處理時需要非常小心,新鮮的還原劑钐和催化量的碘還原芳香疊氮的化合物。
二、催化加氫還原法
氣相加氫
此法不需使用溶劑、銅催化劑價廉易得、生産穩定、安全性高、易實現自動化,在一定的氫氣壓力下進行。實驗是在中性條件下進行的, 因此對那些帶有在酸性或堿性條件下易水解的基團的化合物, 可用此法還原, 并有污染小等特點。但這種方法對儀器設備要求較高, 既要加壓設備, 又要求儀器密閉, 操作要求嚴格。另外, 催化氫化法的還原選擇性較差, 僅适用于沸點低、容易氣化且穩定的芳香族硝基化合物的還原, 當硝基化合物分子中含有其它易被氫化的基團, 如碳一碳雙鍵時, 也不能采用此法。
液相加氫
液相加氫還原是一種比較先進的生産工藝,因該法具有溫度低, 易實現分離( 分離催化劑後隻有芳胺與水) , 幾乎無三廢排放, 且不受硝基物沸點的限制, 因此适用範圍更廣。但因在生産過程中選用了易燃的催化劑Raney Ni 或貴金屬系鉑、钯、铑等作為催化劑, 故生産安全性有時不高,生産成本高, 限制了其推廣與應用。
電解還原法
芳香族硝基化合物通常在無機酸電解液、溶劑、潤滑劑、促進劑( 常用SnCl2、CuCl2、T iCl2 等)作用下, 在陰極( 材質常Cu、Ni、Pb 等) 離解産生了原子氫, 進而對硝基化合物進行還原制得芳胺。
常壓下CO/H2O還原法
常溫條件下芳香硝基化合物與一氧化碳和水在硒、無機鹽(醋酸鈉)作催化劑,二甲基甲酰胺(二甲基甲酰胺)溶劑中還原為相應的胺。硒作為相轉移催化劑能高效的還原硝基化合物,且此法選擇性強但不會對一些敏感基團如氰基、酯、酰胺、羰基、鹵素等産生影響。産物隻有胺和二氧化碳,對環境友好。
水合肼還原法
微波無溶劑條件下以氧化鋁為載體的肼對芳香族硝基化合物的還原
金屬氧化物表面載體試劑被廣泛應用于有機合成。試劑固定在多孔固體材料上相比于傳統的液相反應有一些優勢,因為存在良好的分散活性中心從而提高反應活性,在溫和的條件中反應可以進行。在無溶劑的條件下使用載體試劑結合微波輻照可以提供理想的反應條件和特殊的屬性,如減少反應時間,更容易診斷檢查程序用這樣反應過程對環境較好。
在催化劑 NiCl2 一 Zn (1 : 2) 與水合肼存在下對硝基化合物的還原
芳香族硝基化合物在催化劑, NiCl2一 Zn (1 : 2) 與水合肼存在下回流,就可以得到相應的胺。
在Raney Ni存在下, 用水合肼将硝基化合物還原
在1962年,由北京師範大 學尹承烈教援, 吸收總結國外經驗,将硝基 化合物溶于乙醇或甲醇中, 然後加入催化劑Raney Ni,加熱到溶劑沸騰時,慢慢滴入水合肼,即可硝基化合物還原成相應的胺。不涉及分子中其它的不飽和基, 如羰基、氰基、碳一碳雙鍵等。但是實驗過程中要控制肼的用量,溶劑的多少, 因為它們會影響這個反應的産物産率和速度。
水合肼/ FeCl3 ·6H2O還原法
水合肼還原法在後處理過程中需要調節 pH 值來析出晶體,産品中同時含有 -COOH 和 -NH2兩種基團,直接影響析晶,另外反應時需回流,而水合肼的沸點為 118.5 ℃,反應溫度較高,提高了副産物生成的幾率,從而降低了目标産物的産率。
肼/八面體沸石還原法
肼和三價離子以八面體沸石為非均相催化劑對硝基化合物進行高效、快速、選擇性還原,此法在非極性溶劑中進行,增加芳香化合物溶解度,催化劑易于回收重複使用,産物除相應的胺,隻有氮和水,對環境友好。
沸騰的液體石蠟對硝基化合物的還原
1978年, 美國化學家Laily 和John等人,用簡便的方法将硝基化合物進行還原。即在燒瓶中将液體石蠟加熱到沸騰380~400℃ ,然後,将一定的硝基化合物逐滴加到沸騰時液體石蠟裡,在需加熱十幾分鐘,就将硝基化合物還原為相應的胺。
用離子交換樹脂D296為載體, 把催化劑/ 甲酸按還原體系還原法
基于高分子分散催化劑的高效、高選擇性、良好穩定等特點,此實驗以D296樹脂分散钯為催化劑,甲酸铵作供氫載體,使芳香族硝基化合物還原成胺。此法有高效、快速、無副反應,對敏感基團無影響,無污染等優點。
迅凱催化(SUNCHEM):十五年專注加氫催化劑的研發、生産和銷售,定位于為用戶提供最适合的專用催化劑産品,主要服務于醫藥、農藥、染料、香料、化工等行業。迅凱的專用催化劑産品,已經應用于山梨醇、BDO、己内酰胺、脂肪醇、聚醚胺、丁辛醇、HPPO、石油樹脂加氫、RT培司、醇類加氫精制等領域的加氫、脫氫、還原胺化、脫硫等過程。迅凱正在努力成為中國化工高端催化劑的代表及替代進口催化劑的先鋒。迅凱催化劑産品包括:
RaneCAT系列:雷尼金屬催化劑系列,雷尼鎳、雷尼銅、雷尼钴,用于硝基加氫、腈加氫。
NiCAT系列:粉末負載鎳催化劑,固定床負載鎳催化劑,應用于樹脂加氫、油品加氫等。
CuCAT系列:銅鋅、銅矽、銅鋁系催化劑,應用于醇脫氫、酯加氫、醛加氫等領域。
PMCAT系列:钯、鉑、钌負載在活性炭或氧化鋁的催化劑,應用于加氫、脫氯、深度脫硫、燃料電池脫硫等領域。
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