還原反應

得到電子或電子對偏近的反應

還原反應就是物質(分子、原子或離子)得到電子或電子對偏近的反應。一個完整的化學反應中,還原反應與氧化反應一般是同時存在的,不可能僅有一項。

定義


化學上把物質氧化數降低(得電子)的反應叫做還原反應。

氧化還原反應


簡介
氧化還原反應是在反應前後,某種元素的氧化數有變化的化學反應。這種反應可以理解成由兩個半反應構成,即氧化反應和還原反應。
本質上是發生了電子轉移(或偏移),但不局限於不同種元素之間。
大多數無機複分解反應都不是氧化還原反應,因為這些複分解反應中的離子互相交換,不存在電子的轉移,各元素的氧化數沒有變化
置換反應都是氧化還原反應。
有單質參加的化合反應一定是氧化還原反應。
有單質生成的分解反應一定是氧化還原反應。
另外要注意,有單質參加反應的化學反應不一定是氧化還原反應,如氧氣生成臭氧(僅中學階段可以如此認為,實際上由於電子偏移仍然算是氧化還原反應)。
概念
反應的本質是氧化數有變化,即電子有轉移。氧化數升高,即失電子的半反應是氧化反應;氧化數降低,得電子的反應是還原反應。氧化數升高的物質還原對方,自身被氧化,因此叫還原劑,其產物叫氧化產物;氧化數降低的物質氧化對方,自身被還原,因此叫氧化劑,其產物叫還原產物。即:
還原劑+氧化劑→氧化產物+還原產物
一般來說,同一反應中還原產物的還原性比還原劑弱,氧化產物的氧化性比氧化劑弱,這就是所謂“強還原劑制弱還原劑,強氧化劑制弱氧化劑”。

原電池


每一個氧化還原反應都可以做成一個原電池。其中發生氧化反應的一極為陽極,即外電路的負極;還原反應的一極為陰極,即外電路的正極。兩個電極之間有電勢差(電化學上通常叫電動勢),因此反應可以進行,同時可以用來做功。

氧化反應


氧化反應最早是指金屬或非金屬與氧結合形成氧化物的反應,這類反應中另一種元素的氧化數總是升高。還原反應最早是指金屬從其化合物中被提煉出來的反應,這類反應中金屬的氧化數總是降低。
再如工業煉鐵的反應:
這個反應中,三氧化二鐵是氧化劑,而一氧化碳是還原劑。

有機反應


在有機化學中,使有機物分子中碳原子總的氧化態降低的反應稱為還原反應。如:
分類
不飽和烴類的還原
炔、烯和芳香烴均可被還原為飽和烴。對炔、烯的還原廣泛採用催化氫化法。而對芳香烴的還原,除在較劇烈的條件下催化氫化外,通常採用化學還原法。
1、炔、烯的還原
(1)多相催化氫化
在催化劑存在下,有機化合物(底物)與氫或其它供氫體發生的還原反應稱為催化氫化(CatalyticHydroenation)。
(2)均相催化氫化
均相催化氫化主要用於選擇性還原碳-碳雙鍵。
(3)硼氫化反應
硼烷與碳-碳不飽和鍵加成而形成烴基硼烷的反應稱為硼氫化反應。所形成的烴基硼烷加酸水解使碳-硼鍵斷裂而得飽和烴,從而使不飽和鍵還原。
2、芳烴的還原
(1)催化氫化法
在乙酸中用鉑作催化劑時,取代基的活性為。不同的催化劑有不同的活性次序,用鉑、釕催化劑可在較低的溫度和壓力下氫化,而鈀則需較高的溫度和壓力。
(2)化學還原法—Birch反應
芳香族化合物在液氨中用鈉(鋰或鉀)還原,生成非共軛二烯的反應稱Birch反應。Birch反應歷程為電子轉移類型。
醛、酮的還原
醛、酮可由多種方法還原成醇,目前應用最廣泛的是金屬復氫化物還原和催化氫化還原,另外醇鋁還原劑、活潑金屬還原劑、以及其他新試劑也得到較廣泛的應用。
還原成烴類
常用的方法有:在強酸性條件下用鋅汞齊直接還原為烴(Clemmensen反應);在強鹼性條件下,首先與肼反應成腙,然後分解為烴(Wolff-黃鳴龍反應);催化氫化還原和金屬氫化物還原。
1、Clemmensen還原反應
在酸性條件下,用鋅汞齊或鋅粉還原醛基、酮基為甲基或亞甲基的反應稱Clemmensen反應。常用於芳香脂肪酮的還原,反應易於進行且收率較高。
2、Wolff-黃鳴龍反應
醛、酮在強鹼性條件下,與水合肼縮合成腙,進而放氮分解轉變為甲基或亞甲基的反應稱Wolff-黃鳴龍反應。可用下列通式表示。
還原胺化反應
在還原劑存在下,羰基化合物與氨、伯胺或仲胺反應,分別生成伯胺、仲胺或叔胺的反應稱為還原胺化反應。
1、羰基的還原胺化反應
通過Schiff鹼中間體進行的,首先羰基與胺加成得羥胺,繼之脫水成亞胺,最後還原為胺類化合物。
2、Leuckart反應
甲酸及其衍生物存在下,羰基化合物與氨、胺的還原胺化反應。
羧酸及其衍生物的還原
1、醯鹵的還原——醛
醯鹵在適當的條件下反應,用催化氫化或金屬氫化物選擇性還原為醛,此反應稱Rosenmund反應。
2、酯及醯胺的還原
(1)還原成醇
(2)還原成醛
(3)酯的雙分子還原偶聯反應
(4)醯胺的還原
含氮化合物的還原
1、硝基化合物的還原
還原硝基化合物常用的方法有活潑金屬還原法、硫化物還原法、催化氫化法、復氫化物還原法以及CO選擇性還原。
2、亞甲胺的還原——胺
3、腈的還原——胺
4、偶氮化合物的還原——伯胺
5、疊氮化合物的還原
氫解反應
氫解反應——在還原反應中碳-雜鍵斷裂,由氫取代離去的雜原子或基團而生成烴的反應。