還原

化學反應

還原(reduction),是指無機物分子中的原子、離子增加負電荷(或減少化合價);或者有機物分子中增加氫原子、減少氧原子的反應過程。前者又稱氧化-還原反應;後者可分為加氫還原(即加氫)和化學還原兩大類。

定義


無機物分子中的原子、離子增加負電荷(即減少化合價);或者有機物分子中增加氫原子、減少氧原子的反應過程。

還原劑


鐵粉

鐵粉是弱還原劑,在含有鹽類電解質(亞鐵鹽、氯化銨等)的水介質中,可使硝基、亞硝基還原為氨基,而鹵素、羰基、烯基等不被還原。鐵粉還原廣泛用於從芳香族硝基化合物制芳伯胺:
4Ar—NO+9Fe+4HO─→4Ar—NH+3FeO
鐵粉還原雖然工藝簡單,但生成含胺廢鐵泥和含胺廢水,需要處理。

鋅粉

在酸性介質中,鋅粉是強還原劑,可用於還原硝基、亞硝基、氰基、羰基等多種官能團。但鋅粉價格較貴,其使用受到限制。工業上用於從2-甲基-1,4-萘醌制維生素K4等過程:
在強鹼性介質中,鋅粉可使芳香族硝基化合物還原為氫化偶氮化合物。後者在強酸性介質中可發生分子重排,生成聯苯胺系化合物。聯苯胺有致癌作用,已停止生產。但3,3′-二氯聯苯胺未發現有致癌作用,故仍在以鄰硝基氯苯為原料繼續生產。

硫化鹼

包括硫化鈉、多硫化鈉和硫氫化鈉等,是溫和還原劑,主要用於使芳香族硝基化合物還原為芳伯胺。
4Ar—NO+6NaS+7HO→4Ar—NH+3NaO+6NaOH
硫化鹼還原劑的另一特點是可以使多硝基化合物部分還原,如間二硝基苯部分還原,可得間硝基苯胺,還可使硝基偶氮化合物部分還原為氨基偶氮化合物。
連二亞硫酸鈉俗稱保險粉,是在鹼性介質中使用的強還原劑,但價格較貴,主要用於染色,將還原染料還原為隱色體等。
亞硫酸氫鈉 是一種溫和還原劑,主要用於將芳伯胺的重氮鹽,還原為芳肼等過程。
亞硫酸氫鈉還原芳肼
亞硫酸氫鈉還原芳肼
從反應步驟來看,它實際上是磺化-水解過 程。
在精細化工中用到的其他化學還原劑還有錫、氯化亞錫、水合肼、甲酸、甲脒亞磺酸、甲酸- 叔胺加合物以及鹼金屬陽離子與硼(或鋁)復氫陰離子形成的復氫化合物。

應用


應加氫常常要用催化劑並在壓力下進行,對設備和安全技術要求較高。因此,儘管它經濟合理、三廢少,但對於許多小批量生產的精細化工來說,為了簡化工藝,提高選擇性,常使用各種化學還原法。除了用鐵粉還原以外,其他化學還原都可在一般的反應器內進行。鐵粉還原要用具有耐酸磚襯裡的平底鋼鍋,內裝有耙式攪拌器。攪拌器是用耐腐蝕和耐磨損的硅鐵或球墨鑄鐵製成的。
還原反應在工業鍋爐生產,真空提取金屬,化學反應合成中都有廣泛的應用。