还原胺化

一.还原胺化还原胺化主要有一般化合物的还原法及直接的还原胺化法。1.C-N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经还原得到胺类。(1).硝基及亚硝基的还原硝基和亚硝基化合物的还原较易进行，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，含硫化合物的还原，碱性介质中的锌粉还原等。铁屑还原法的适用范围较广，凡能与铁泥分离的芳胺皆可采用此法，其还原过程包括还原反应、还原产物的分离与精制、芳胺废水与铁泥处理等几个基本步骤。对于容易随水蒸气蒸出的芳胺如苯胺、邻（对）甲苯胺、邻（对）氯苯胺等都可采用水蒸气蒸馏法将产物与铁泥分离；对于易溶于水且可蒸馏的芳胺如间（对）苯二胺、2，4-二氨基甲苯等，可用过滤法先除去铁泥，再浓缩滤液，进行真空蒸馏，得到芳胺；能溶于热水的芳胺如邻苯二胺、邻氨基苯酚、对氨基苯酚等，用热过滤法与铁泥分离，冷却滤液即可析出产物；对含有磺基或羧基等水溶性基团的芳胺，如1-氨基萘-8-磺酸（周位酸）、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，滤去铁泥，再用酸化或盐析法析出产品，难溶于水而挥发性又小的芳胺，例如1-萘胺，在还原后用溶剂将芳胺从铁泥中萃取出来。铁屑还原法中产生大量含胺废水，必须进行处理、回收。例如在硝基苯用铁屑还原过程中会产生大量含苯胺废水（约含4%苯胺），一部分可加入到还原锅中循环使用，其余的要先用硝基苯萃取。萃取后含苯胺的硝基苯可作为还原的原料使用；废水中的苯胺和硝基苯的含量分别降为0.2%和0.1%以下。此后还必须经过生化处理，才可排放。铁泥的利用途径之一是制铁红颜料。含硫化合物的还原主要包括硫化碱类，如硫化钠、硫氢化铵、多硫化铵，这类反应称为齐宁反应(Zinin)，该反应比较缓和，可使多硝基化合物中的硝基选择性的部分还原，或只还原硝基偶氮化合物中的硝基，而保留偶氮基，并应用于从硝基化合物获得的不溶于水的胺类。含有醚、硫醚等对酸敏感基团的硝基化合物，不易用铁粉还原时，可用硫化物还原。芳环上取代基的极性对硝基还原反应速度有很大的影响，引入给电子基会阻碍反应，引入吸电子基会加速反应，间硝基苯胺的还原速度要比间二硝基苯的还原速度慢1000倍以上。带有羟基、甲氧基、甲基的邻、对二硝基化合物采用硫化碱部分还原时，邻位的硝基首先被还原。采用硫化物进行部分还原时，为避免硝基的完全还原，采用温和的反应条件，如过量5~10%的硫氢化钠或二硫化钠溶液。另一类应用比较多的含硫化合物的还原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、羟胺基、偶氮基还原成氨基，将重氮盐还原成肼，还原历程是对上述基团中的不饱和键进行加成反应，生成加成还原产物N-磺酸胺基，经酸水解制得氨基化合物或肼。连二亚硫酸钠，俗称保险粉，是在强碱性介质中使用的强还原剂，但价格较贵，主要应用于蒽醌及还原染料的还原。碱性介质的锌粉还原可制得氧化偶氮化合物，它们极易在酸中发生分子重排生成连苯胺系化合物，连苯胺系化合物是制造偶氮染料的重要中间体。工业上，将硝基化合物在氢氧化钠溶液中以锌粉为还原剂，可制得氢化偶氮化合物。第一阶段还原温度控制为100~105℃，碱浓度为12%~13%；第二阶段还原控制温度为90~95℃，碱浓度为9%。氢氧化钠与硝基物的摩尔比为0.35:1.0,锌粉比理论量多10%~15%。氢化偶氮苯在50℃下于稀盐酸中进行转位，转位完毕后升温至90℃，再加入稀硫酸及硫酸钠溶液，便生成不溶性的连苯胺硫酸盐；硫酸浓度范围可在40%~95%，在75%硫酸浓度时，可获得最大收率。还原及重排反应在工业上均已实现连续化。催化加氢法由于能使反应定向进行，副反应少，产品质量好，产率高，因此是胺类生产的发展方向，对含有硝基、亚硝基、氧化偶氮基及氰基化合物都可采用加氢还原。工业上实现加氢还原有液相加氢法和气相加氢还原法两种工艺。液相加氢法是指在液相介质中进行的加氢还原，一般采用固体催化剂，而原料硝基物溶于溶剂中，还原剂为氢气，故实际上为气-液-固三相催化反应，气相加氢法是指以气态反应物进行的加氢还原，实际上为气-固相催化反应，此法仅适用于沸点较低、容易气化的硝基物的还原。加氢的催化剂主要有骨架镍、铜硅载体型的催化剂及贵金属附着在碳上的催化剂（如钯/碳），骨架镍又称雷尼镍，由铝镍合金制成，从两组分的合金中，用溶解的方法，去除其中不需要的组分铝，形成具有高度空隙结构的骨架，故称为骨架型催化剂。常采用含镍50%的铝镍合金为原料，用氢氧化钠处理，溶去合金中的铝：这种溶出铝的过程称为合金的“消化”，消化方法不同，催化剂的活性也不同。制备好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，它能使硝基还原。镍系催化剂对硫化物敏感，可造成永久中毒，无法再生。近年来开展了对骨架镍改性的研究，如将骨架镍经部分氧化处理，使之钝化不会自燃，而又保留较高的催化活性。铜硅载体型的催化剂是由沉积在硅胶上的铜组成，硅胶必须具有大的表面积和孔隙率，催化剂以浸渍法制备，硅胶放入硝酸铜、氨水中浸渍、干燥、焙烧，使用前用氢气活化，得含铜量为14~16%的金属态铜。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、热稳定性较差，原料中微量的有机硫化物，极易引起催化剂中毒。在硝基苯气相加氢中，为改进铜硅催化剂的性能，制备了铜-氧化铝催化剂，具有较长的寿命。贵金属如铂、钯、铑、都具有较好的加氢活性，它们的金属/活性炭型催化剂对硝基苯加氢的活性顺序为铂钯铑。2.肟及亚甲胺的还原醛、酮与羟胺反应成肟，与胺反应生成亚甲胺，肟与亚甲胺均可通过还原而得到胺。这是醛、酮基转变为相应胺基的简单而有效途径。还原硝基化合物为胺的还原剂，多数均能还原肟和亚甲胺。金属氢化物，如氢化铝锂在无水醚或无水四氢呋喃中，常用于肟的还原，但硫代氢化硼钠在沸腾的四氢呋喃中，反应能顺利进行。乙硼烷还原肟时，若于四氢呋喃在较低的温度下反应，则得羟胺，但如用双-（2-甲氧乙基）醚为溶剂，反应可在较高的温度下进行，可得到良好产率的胺，而此时如有硝基，乙硼烷可以选择性的只还原肟，而保留硝基。催化氢化法亦是还原肟和亚甲胺成伯胺的有效方法，常用的催化剂有钯和镍：金属铁亦可用于还原肟及亚甲胺，如咖啡中间体紫脲酸的还原：3.腈的还原腈的还原主要使用催化氢化和金属氢化物还原法。催化氢化法可在常温常压下用钯或铂为催化剂，或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时，还生成较多仲胺。采用钯或镍做催化剂，在酸性溶剂中还原，使产物成为铵盐从而阻止伯胺与反应中间物亚胺发生加成副反应。或用镍为催化剂，在溶剂中加入过量的氨，使副反应减少。氢化铝锂和乙硼烷均可使腈还原成伯胺，一般采用过量的氢化铝锂，乙硼烷可在室温下快速反应，硼氢化钠通常不能还原氰基，但在加入活性镍、氯化钯等催化剂的条件下该还原反应可以顺利进行。4.酰胺的还原酰胺的还原可供选择的催化剂较少，不易用活泼金属还原，催化氢化法需在高温高压下进行，因此，金属氢化物是还原酰胺为胺的主要还原剂，氢化铝锂在温和的条件下即可反应，缺点是价格较贵，并要求无水操作。单独使用氢化硼钠不能还原酰胺为胺。但由乙酸和氢化硼钠形成的酰氧硼氢化钠却是十分有效的还原剂。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，用乙硼烷做催化剂时，没有成醛的副反应，且不影响分子中的硝基、烷氧羰基、卤素等基团，但如有烯键存在，则同时被还原。5.偶氮化合物的还原偶氮化合物是通过氮-氮键的还原氢解反应制备伯胺的，催化氢化法，活泼金属和连二亚硫酸钠是最常用的还原方法。硼烷可在温和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.还原胺化法在还原剂的存在下，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氢化、活泼金属与酸、金属氢化物、甲酸及其衍生物。当用甲酸类做还原剂，反应称Leuckart反应。(1).氢化还原胺化法在催化剂的作用下，羰基化合物与胺发生氢化胺化反应，生成伯胺、仲胺和叔胺，也称催化氢胺化反应，是低级脂肪胺的重要工业制法之一，原料包括醛、酮、醇。一般认为该反应分为两步进行：第一步先生成亚胺，第二步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、脱水和加氢三种功能。镍、钴、铜、铁等多种金属对该反应具有活性，其中以镍-氧化铝催化剂的活性最高。反应温度一般为100~200℃，常压或稍加压，以便分离反应过剩的氢和氨。醇、醛或酮：氨：氢=1：1~3：1~5。调节氢胺比及反应条件可以改变原料的转化率。对于低级脂肪醛的反应，可在气相及镍催化剂上进行，温度125~150℃；而对于高沸点的醛和酮，则往往在液相中进行反应。(2).Lenckart反应在甲酸及其衍生物存在下，羰基化合物与氨、胺的还原胺化反应具有较好的选择性，一些易被还原的基团，如硝基、亚硝基、碳-碳双键等不受影响。许多不溶于水的脂肪酮、芳香酮及杂环酮，用甲酸铵或甲酰胺还原，然后水解，可得良好产率的伯胺，如用N-烷基取代或N，N-二烷基取代的甲酰胺代替甲酸铵，则可得到仲胺和叔胺。