精细有机合成.docx

精细有机合成.docx

《精细有机合成.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《精细有机合成.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

精细有机合成

精细有机合成课程讲稿

授课题目（教学章、节或主题）：

第五章氢化和还原

授课方式

（请打√）

理论课□讨论课□实验课□习题课√其他□

课时

安排

4

教学要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

重点掌握还原反应的类型，还原剂种类，不同官能团还原难易顺序；熟练掌握化学还原；熟练掌握铁粉、锌粉还原方法；了解硫化碱还原、亚硫酸盐还原、金属复氢化合物还原；熟悉金属氢化物还原。

教学重点、难点及关键知识点：

教学重点：

还原反应的类型；还原剂种类；不同官能团还原难易顺序；铁屑还原方法和锌粉还原方法。

掌握液相非均相催化氢化的主要影响因素；了解电解氢化还原方法的特点和反应机理。

催化氢化的影响因素。

教学难点：

催化方法及催化剂的选择。

关键知识点：

铁屑还原与锌粉还原的区别与联系。

液相非均相催化氢化的主要影响因素；催化方法及催化剂的选择。

方法及手段

教学基本内容（教学过程）

改进设想

THF~~~四氢呋喃

5.1概述

广义地说，还原反应指的是化合物获得电子的反应，或使参加反应的原子上电子云密度增加的反应。

狭义的说，有机物的还原反应指的是有机物分子中增加氢的反应或减少氧（以及硫或卤素）的反应，或两者兼而有之的反应。

还原反应的方法可以分为三大类：

（1）使用氢以外的化学物质作还原剂的方法，亦称化学还原；

（2）使用氢在催化剂的作用下使有机物还原的方法，亦称催化氢化；

（3）在电解槽的阴极室进行还原的方法，亦称电化学还原。

5.1.1还原反应的分类

还原反应的主要类型如下。

（1）碳.碳不饱和键的还原例如炔烃、烯烃、多烯烃、脂环单烯烃和多烯烃，芳烃和杂环化合物中碳.碳不饱和键的部分加氢或完全加氢。

（2）碳.氧键的还原例如醛羰基的还原为醇羟基或甲基。

酮羰基的还原为醇羟基或次甲基。

羧基的还原为醇羟基。

羧酸酯的还原为两个醇。

羧酰氯基的还原为醛基或羟基等。

（3）含氮基的还原例如氰基和羧酰氨基还原为亚甲氨基。

硝基和亚硝基的还原为肟基（=NOH）、胲基（羟氨基一NHOH）和氨基；硝基的双分子还原为氧化偶氮基、偶氮基或氢化偶氮基。

偶氮基和氢化偶氮基的还原为两个氨基。

重氮盐的还原为肼基一NHNH2或被氢置换等。

（4）含硫基的还原例如碳.硫不饱和键的还原为巯基或亚甲基。

芳磺酰氯的还原为芳亚磺酸或硫酚。

硫.硫键的还原为两个巯基等。

（5）含卤基的还原例如卤基被氢置换等。

5.1.2化学还原剂的种类

主要的无机还原剂有以下几种。

①活泼金属及其合金如铁粉、锌粉、锡粒、金属钠、锌汞齐和钠汞齐等；

②低价元素的化合物如NaHS、Na2S、Na2Sx、Na2SO3、NaHSO3、Na2S2O4、SO2、SnCl2、FeCl2、FeSO4、TiCl3、NH2OH、H2NNH2和H3PO2等；

③金属复氢化合物如NaBH4、KBH4、LiBH4和LiAlH4等。

主要的有机还原剂有：

乙醇、甲醛、甲酸、甲酸与低碳叔胺的配合物、烷氧基铝（如Al[OCH（CH3）2]3）、硼烷和葡萄糖等。

同一个化学还原剂可以用于多种不同的还原反应。

同一个具体的还原反应也可以选用不同的还原方法或不同的化学还原剂，这时应根据技术上的难易、投资、成本、环保、产品质量和产量等多方面的因素进行综合考虑，选用最切合实际的还原方法或化学还原剂。

5.2催化氢化

催化氢化（包括加氢和氢解）共有三种方法，即气.固相接触催化氢化；气.固.液非均相催化氢化，液相均相配位催化氢化。

应该指出，同二个目的反应可以采用上述一种、两种、甚至三种氢化方法。

而一种化工原料在用不同的氢化方法或不同的反应条件时可以得到不同的产物。

5.2.1催化氢化的方法一、气-固相接触催化氢化

气固相接触催化氢化反应是将被氢化物的蒸气和氢气的混合气体在高温（例如250℃以上）和常压或稍高于常压，通过固体催化剂而完成的。

此类氢化方法的优点：

催化剂寿命长、价廉、消耗定额低、产品纯度高、收率高、三废少、氢气价廉、生产成本低。

但这种方法要求反应物具有适当的挥发性，可以在一定的温度下自身蒸发汽化或在热的氢气流中蒸发汽化，而且要求反应物和还原产物在高温时具有良好的热稳定性。

另外，这种氢化方法是连续操作，不适应小批量多品种的生产。

这就限制了这种氢化方法的应用范围。

二、均相配位催化氢化

均相配位催化氢化的特点是可用于手性合成。

手性合成法可以代替传统的先制备外消旋体，再用手性试剂拆分的方法，直接制得手性产物。

因此手性合成的研究在合成药、香料、农用化学品和光电液晶材料等领域引起广泛的兴趣。

但是手性配位体价格昂贵，例如联萘膦配体BINAP在1996～1997年Aldireh的价格是$40.40/l00mg。

这就限制了手性合成的广泛工业化。

三、气-固-液非均相催化氢化

气-固-液非均相催化氢化的特点是气态的氢与液态的或溶剂中的固态被氢化物被吸附在固体催化剂的表面上，然后发生氢化反应。

这类反应在小规模生产时可以采用间歇操作的搅拌锅式高压釜。

中等规模生产时可采用间歇操作的鼓泡塔式反应器，大规模生产时可采用淋液型三相固定床反应器或三相流化床反应器。

气-固-液非均相催化氢化的主要优点：

①反应活性高，能使那些用化学还原剂难于还原的化合物氢化，应用范围广；

②与化学还原法相比，反应的选择性好。

副反应少、产品质量好、收率高；

③反应完毕后，只要过滤出催化剂，蒸出溶剂、即可得到产品，不会造成环境污染；

④与气-固相接触催化氢化相比，可用于难气化的被氢化物。

和中、小规模多品种生产；

⑤氢气价廉。

由于以上优点，原来许多用化学还原法生产的产品，包括前面列举的许多实例，现已改用气-固-液非均相催化氢化法。

气-固-液非均相催化氢化法需要考虑以下问题：

①要有价廉、方便的氢源；

②使用氢气的安全；

③使用压力设备的安全；

④催化剂的制备、活化、回收、循环使用和使用安全等；

⑤设备投资。

由于以上问题，中国目前尚有许多还原过程仍采用化学还原法。

5.2.2气-固-液非均相催化氢化的催化剂

气-固-液非均相催化氢化所用的催化剂主要是元素周期表中第ⅧB族的金属，其中最重要的是镍、铂和钯，此外也用到钌、铑和铱。

不同金属的催化剂，其活性和选择性相差很大。

同一种金属的催化剂，由于制备方法不同，其活性也相差很大，因此催化剂制备方法是非常重要的。

关于这类催化剂制备的详细叙述，可参阅有关参考书。

下面只介绍镍、铂、钯三种金属催化剂，其他催化剂将结合具体实例叙述。

一、镍催化剂

镍催化剂中应用最广的是骨架镍。

此外还有载体镍、还原镍和硼化镍等。

将镍铝合金粉放人质量分数为20%～30%的氢氧化钠水溶液中，在适当的条件下处理，使合金中的铝变成水溶性的铝酸钠，然后过滤，水洗，就得到比表面积很大的黑色粉状多孔性骨架镍催化剂。

2Ni－Al+2NaOH+2H2O一2Ni+2NaAlO2+H2个

新制得的骨架镍，其内、外表面吸附有大量的氢，具有很高的催化活性，但在放置时会慢慢失去氢，在空气中活性下降很快。

干燥的骨架镍在空气中会自燃，因此制得的骨架镍必须存放在乙醇或其他惰性有机溶剂的液面下，隔绝空气密封，才能保持其活性。

新制得的骨架镍催化剂的存放期不宜超过6个月，以防变质。

骨架镍催化剂容易中毒，含硫、磷、砷、铋的化合物、有机卤素（特别是碘）化合物以及含锡、铅的有机金属化合物会使骨架镍在不同程度上中毒。

骨架镍催化剂可在弱碱性或中性条件下使用，在弱酸性条件下活性下降，pH值小于3则活性消失。

骨架镍催化剂可用于硝基、炔键、烯键、羰基、氰基、芳香性杂环、芳香性稠环、碳.卤键和硫.硫键的氢化。

对于苯环、羧酸基的氢化活性很弱。

对于酯基和酰氨基中的羰基的氢化则几乎没有催化活性。

与贵金属的铂和钯相比，骨架镍催化剂的催化活性较弱，要求较高的氢化温度和压力。

但骨架镍价格便宜，因此得到广泛使用。

二、铂催化剂

铂催化剂有还原铂黑、熔融二氧化铂和载体铂等。

其中最常用的是铂/炭（Pt/C）载体催化剂，它是由氯铂酸盐覆载在活性炭上，然后用甲醛还原而制得的。

Pt/C催化剂在空气中干燥后不会失活，也不会自燃。

铂催化剂较易中毒，若反应物中含有硫、磷、砷、碘离子、酚类和有机金属化合物，会使铂催化剂中毒，使活性明显下降。

铂催化剂活性高、氢化反应条件温和，甚至可在常温、常压下使用。

铂催化剂的适用范围广，除了镍催化剂应用的范围以外，还可以用于羧酸基、酰胺基和苄位结构的氢化，但选择性差。

铂催化剂比镍催化剂贵得多，因此应用范围受到限制。

但铂催化剂可用于中性或酸性条件，而镍化剂则不适用于酸性条件。

铂的价格很贵，因此铂催剂必须能多次循环使用，使用损失少，单位质量产品的消耗定额很低，而且失去活性的催化剂应回收铂。

三、钯催化剂

钯催化剂有还原钯黑、熔融氧化钯和载体钯等。

其中最常用的是钯/炭（Pd/C）载体催化剂，它是将氯化钯覆载在活性炭上，然后在使用前用氢气还原，然后洗去氯化氢即可使用。

钯的催化作用比较温和，在温和条件下，钯对于羰基、苯环和氰基等基团的氢化几乎没有催化活性，但对于炔键，烯键、肟基、硝基和芳环侧链上的不饱和键的氢化则具有较高的催化活性。

钯是最好的脱卤、脱苄基的氢化催化剂，但是对于含碳.碳双键化合物的氢化，常会引起双键的迁移。

在贵金属中，钯比铂价格便宜，可在碱性和酸性条件下使用，对毒物的敏感性小，故应用范围较广。

每次用过的Pd/C催化剂，经处理后可多次使用，失去活性的Pd/C催化剂应回收钯。

5.3催化氢化的工业应用5.3.1顺丁烯二酸酐的催化氢化

顺酐的传统生产方法是苯的气.固相接触催化氧化法。

近年来因开发成功丁烯氧化法和丁烷氧化法，使顺酐的成本下降，顺酐的催化氢化在工业上已占重要地位。

顺丁烯二酸酐（以下简称顺酐）在不同条件下催化氢化可制得1，4-丁二酸酐（琥珀酸酐）、γ-丁内酯、1，4-丁二醇和四氢呋喃等产品。

一、γ-丁内酯的制备

（1）顺酐氢化法催化剂有钯系、镍系、铜一铼系、铜.锌系和铜.铬系等。

所用的催化剂载体有氧化硅、硅藻土和沸石等。

氢化反应可在气相进行，也可在液相进行。

氢化温度200～300℃，氢压5.88～11.77MPa。

（2）顺酐的酯化氢化法近年来又开发了顺酐的酯化-氢化法，其反应过程如下。

先将顺酐与甲醇进行酯化反应，得顺丁烯二酸二甲酯，然后将二甲酯进行催化氢化-脱醇环合得到γ-丁内酯、1，4-丁二醇和四氢呋喃，氢化时分解出来的甲醇可循环用于顺酐的甲酯化。

此法用铜系催化剂，温度可降低到150～240℃，氢压可降低到2.5～5MPa。

主要产品是1，4-丁二醇，副产γ-丁内酯和四氢呋喃。

二、1，4-丁二醇的制备

顺酐的氢化联产γ-丁内酯和四氢呋喃时，联产的1，4-丁二醇很少，为了主要得到1，4-丁二醇，日本采用两步氢化法。

第一步加氢成丁二酸酐，用镍催化剂，在210～280℃和6～12MPa反应；第二步氢化用Ni-Co-Th02/硅藻土催化剂，在250℃和10MPa反应6h，顺酐转化率100%，1，4-丁二醇选择性98%，副产物主要是四氢呋喃。

5.3.2硝基苯的催化氢化

硝基苯在不同条件下催化氢化时可以得到不同的产物，现分别叙述如下。

一、苯胺的制备

苯胺的生产最初采用铁粉还原法。

此法环境污染严重、生产能力低、难连续化，国内外已相继淘汰。

目前，苯胺的生产主要采用硝基苯的气.固相接触催化氢化法。

国内外多采用常压流化床法。

流化床的工艺过程是：

硝基苯经预热后，进入硝基苯蒸发器，用预热的氢气使硝基苯汽化，氢/硝基苯的摩尔比约9：

1。

混合气体经换热器预热后，进入流化床反应器的底部使催化剂处于流化状态，在常压、240～370℃反应，生成苯胺，反应产物从流化床反应器的顶部逸出，经分离，过量氢循环使用，硝基苯转化率99.5%以上，选择性99%以上，得苯胺纯度99.5%以上。

所用铜/硅胶催化剂粒度30～140目。

催化剂活性下降的主要因素是催化剂表面的积碳、活性铜的聚结和原料中硫的毒化作用。

在催化剂中加人Cr2O3、MoO3可提高Cu在载体上的分散度，提高催化剂的活性、抗聚结能力，增加催化剂的稳定性。

为了防止硫中毒，所用硝基苯必须是用无硫苯（石油苯）硝化而得。

二、对氨基苯酚的制备（催化氢化转位法）

硝基苯的催化氢化转位法要求硝基苯在催化剂表面加氢时首先生成的苯基羟胺尽快地从催化剂表面脱吸附进入水相，未能立即脱吸附的苯基羟胺将进一步氢化生成副产物苯胺，而降低了反应的选择性。

所用催化剂主要是含Pt质量分数1%～5%的Pt/C，而Pt/7.A12O3催化剂的选择性不如Pt/C。

催化剂的研究重点是助催化剂的选择。

油相是硝基苯，水相是稀硫酸，为了使脱吸附的苯基羟胺顺利地进入水相，要优选表面活性剂和相转移催化剂。

例如，硝基苯和稀硫酸在Pt/C催化剂、表面活剂和季铵盐的存在下，82～86℃、压力略大于常压下氢化一定时间，硝基苯总转化率75%～85%，反应液经分离后，对氨基苯酚的收率可达79%，副产苯胺15%。

三、对苯二酚的制备

此法是将硝基苯.盐酸水溶液（盐酸/硝基苯摩尔比1：

1）在Pt/C催化剂存在下先在100℃、2.03MPa氢化得对氨基苯酚水溶液、滤出催化剂后，在氮气保护下在250℃、2.03MPa进行氨基的水解，就得到对位二酚，收率可达78.4%～80.2%。

此法原料易得、工艺简单，收率高，但此法可能还涉及到未反应硝基苯、副产苯胺的分离和粗品对苯二酚的减压蒸馏（常压沸点285℃、熔点172～175℃）等问题。

四、氢化偶氮苯的制备

氢化偶氮苯是医药、农药中间体，其传统生产方法见6.3.6；国外的主要生产方法则是硝基苯的催化氢化法。

此法是将硝基苯在氢氧化钠的醇溶液中，在Pt/C催化剂存下进行氢化。

甲醇或乙醇不仅能溶解氢化偶氮苯、甲醇钠或乙醇钠还能抑制苯胺的生成，缩短反应时间，提高收率。

醇的用量约为硝基苯质量的2.2～2.5倍。

醇可以回收循环套用。

氢氧化钠的用量约为醇的质量的10%，催化剂含钯的质量分数为2%～4%，催化剂用量约为硝基苯质量的0.4%～0.6%，氢化温度30～90℃，最高不超过120℃，氢压0.2～1.2MPa。

反应器为搅拌锅式，搅拌器转速为800～1000r/min，装料系数为50%～60%。

在最佳条件下，氢化偶氮苯的收率大于83%，产品含量大于95%。

此法具有收率高、成本低、三废少等优点，是目前最先进的方法。

硝基苯在一定条件下催化氢化还可以制得许多有机中间体。

5.4催化氢化的主要影响因素5.4.1溶剂

当被氢化物和氢化产物都是液体而且不大粘稠时，可以不用溶剂，但有时为了有利于传质和提高催化剂的活性，也使用溶剂。

当被氢化物或氢化产物是固体时，则必须使用溶剂。

当被氢化物是难溶的固体，在溶剂中呈悬浮态，但生成物可溶于溶剂时，催化氢化反应也可顺利进行。

但如果氢化产物在所用溶剂中难以全溶，或反应时生成沉淀，则氢化反应难进行，甚至中止。

溶剂不仅起溶解作用，而且还会影响反应的速度和方向。

所用溶剂要求不与被氢化物或氢化产物发生反应，而且还要求溶剂在反应条件下不被氢化。

常用的溶剂有（按它们对氢化反应的活性次序排列）：

乙酸>甲醇>水>乙醇>丙酮>乙酸乙酯、乙醚>甲苯>苯>环己烷>石油醚

对于氢解反应，特别是含杂原子化合物的氢解，最好使用质子传递溶剂，例如乙醇、甲醇、乙二醇单甲醚或水。

对于烯烃和芳烃的加氢最好使用非质子传递溶剂。

5.4.2介质的pH值

介质的pH值会影响催化剂表面对氢的吸附作用，从而影响反应速度和反应的选择性。

一般来说，加氢反应大多在中性条件下进行，而氢解反应则在碱性或酸性条件下进行。

碱可以促进碳.卤键的氢解。

少量酸促进碳-碳键、碳-氧键和碳-氮键的氢解。

有时介质pH值的选择是为了控制化学反应的方向，以得到所需要的目的产物。

例如，硝基苯在强碱性介质、中性介质、强酸性低温和强酸性高温用氢气催化氢化或用

化学还原时，将分别得到不同的产物，这将在以后有关章节中叙述。

5.4.3温度和压力

氢化温度与氢化反应的类型和所用催化剂的活性有关，另外温度还会影响催化剂的活性和寿命。

确定氢化温度时还应考虑反应的选择性、副反应、以及反应物和产物的热稳定性。

在可以完成目的反应的前提下，应尽可能选择较低的反应温度。

在使用铂、钯等高活性催化剂时，一般可在较低的温度和氢压下进行。

在使用镍催化剂时要求较高的氢化温度，但在使用活性较高的骨架镍时如果氢化温度超过100℃，会使反应过于激烈，甚至使反应失去控制。

提高氢压可以加速反应，克服空间位阻，但压力过高会降低反应的选择性，出现副反应，有时会使反应变得激烈。

例如，使用高活性骨架镍时，氢压超过5.88MPa会有危险。

另外，氢压高还增加设备的造价。

脂肪酸和脂肪酸酯的氢解制脂肪醇时，氢解反应较难，但它们都比较稳定，考虑到反应的选择性，通常都采用低活性的Cu-Cr系、Cu-Zn系或Cu-Fe系催化剂，这时氢解温度要高达240～300℃，氢压高达15～20MPa。

国内已研制成功五组分催化剂，可在260℃，7MPa操作。

5.5铁粉还原5.5.1反应历程

铁粉还原反应是通过电子的转移而实现的。

在这里铁是电子给体，被还原物的某个原子首先在铁粉的表面得到电子生成负离子自由基，后者再从质子给体（例如水）得到质子而生成产物。

以芳香族硝基化合物被铁粉还原成芳伯胺的反应为例，其反应历程可简单表示如下。

5.5.2应用范围

铁的给电子能力比较弱，只适用于容易被还原的基团的还原，这个特点又使它成为选择性还原剂，在还原过程中，不易被还原的基团可不受影响。

铁屑还原法的适用范围较广，凡能用各种方法能与铁泥分离的芳胺均可采用铁屑还原法生产。

所以，此方法的适用范围在很大程度上并非取决于还原反应本身，而是取决于还原产物的分离。

还原产物的分离方法有以下几类。

易随水蒸气蒸出的芳胺，如苯胺、邻甲苯胺；易溶于水且可以蒸馏的芳胺，如间苯二胺、对苯二胺；能溶于热水的芳胺，如邻苯二胺、邻氨基苯酚；含水溶性基团（磺酸基或羧酸基）的芳胺，如劳伦酸~~1-氨基萘-5-磺酸；难溶于水而挥发性小的芳胺1-萘胺、2,4,6-三甲基苯胺；多硝基物的部分还原，如二硝基苯的衍生物铁屑还原法仅还原一个硝基。

铁粉还原剂的主要应用范围如下。

一、芳环上的硝基还原成氨基

以铁粉为还原剂，在芳环上将硝基还原成氨基的方法曾在工业上获得广泛的应用，其优点是铁粉价廉，工艺简单，是一种古老的方法。

但此法副产的氧化铁铁泥中含有芳伯胺，有环境污染问题，发达国家已不再使用。

中国也逐渐改用氢气还原法或硫化碱还原法。

但是在制备水溶性的芳伯胺和某些小批量生产的非水溶性芳伯胺时仍采用在电解质存在下的铁粉还原法。

二、羰基的还原成环羟基

环羰基还原成环羟基通常采用铁粉还原法，实例可列举如下。

（1）对苯醌还原制对苯二酚

是对苯二酚是一种重要的精细化工原料、助剂和中间体，主要用于制取摄影胶片的黑白显影剂、橡胶加工的防老剂和阻聚剂、作为偶合组分生产蒽醌染料和偶氮染料、与一元醇反应生成抗氧剂烷基对苯二酚（如TBHQ，2-叔丁基对苯二酚，一种新型的抗氧剂，目前国际上普遍公认的食用油脂抗氧剂，饼干所含成分）等，近年来在化肥工业中也有了新的用途。

对苯二酚的需要量很大，其生产方法大致五种。

有苯胺氧化法、对二异丙苯过氧化法、双酚A法和苯酚羟基化法，达到中试规模的有电化学法。

其中以苯酚为原料、过氧化氢为氧化剂的苯酚羟基化法，具有工艺简单、产品纯度高、无污染的特点，是当前对苯二酚生产的发展方向。

目前，世界上1/3以上的对苯二酚是由该方法生产。

中国目前主要采用苯胺氧化法，即：

将苯胺在硫酸介质中用二氧化锰氧化成对苯醌，然后将对苯醌用铁粉还原成对苯二酚的方法。

（2）四溴靛蓝的还原——硫酸酯化制溶靛素蓝O4B

三、醛基的还原成醇羟基

醛基还原成醇羟基的还原反应一般采用氢气还原法，但也有个别实例采用铁粉还原法。

四、芳磺酸氯的还原成硫酚

芳磺酸相当稳定，不易被还原成硫酚，所以硫酚主要是由芳磺酰氯还原制得的。

（注意与锌粉还原比较）

五、二芳基二硫化物的还原成硫酚

当不易制得相应的芳磺酰氯时，可改用以下合成路线，例如2-羧基苯硫酚的制备：

还原时生成的2-羧基苯硫酚可以不从反应液中分离出来，中和后直接与氯乙酸反应制得2-羧基苯基巯基乙酸。

按上述合成路线还可以从4-氯-2-甲基苯胺制备4-氯-2-甲基苯基巯基乙酸。

二芳基二硫化物的另一合成路线的实例是邻硝基氯苯与二硫化钠反应得2,2’-二硝基二硫化物，然后还原得邻氨基苯硫酚。

六、还原脱溴

当需要将已经引人的与碳原子相连的卤原子脱去时，主要采用氢气还原法。

但有个别实例采用铁粉还原法。

5.5.3铁粉还原的主要影响因素

（1）铁粉的质量一般采用干净、质软的灰色铸铁粉，因为它含有较多的碳，并含有硅、锰、硫、磷等元素，在含电解质的水溶液中能形成许多微电池（碳正极，铁负极），促进铁的电化学腐蚀，有利于还原反应的进行。

另外，灰色铸铁粉质脆，搅拌时容易被粉碎，增加了与被还原物的接触面积。

铁粉的粒度以60~100目为宜。

铁粉的活性还与铁粉的表面是否生成氧化膜等因素有关，因此使用前应先做小试以确定其活性是否符合使用要求。

（2）铁粉的用量从反应历程可以看出，1mol单硝基化合物被还原成芳伯胺时需要6个电子，如果原子铁被氧化成二价铁，就需要3mol原子铁；如果原子铁被氧化成三价铁，就只需要2mol原子铁。

在含有电解质的弱酸性水介质中，Fe2+和Fe3+分别生成Fe（OH）2和Fe（OH）3，两者又转变成黑色的磁性氧化铁FeO·Fe2O3。

因此，还原后铁泥的主要成分是Fe3O4，所以硝基被还原成氨基时的总反应式通常表示如下：

按上式，1mol单硝基化合物被还原为芳伯胺时需要用2.25mol原子铁，但实际上要用3～4mol原子铁。

这一方面与铁的质量有关，另一方面是因为有少量铁与水反应而放出氢气。

因此要用过量较多的铁。

（3）电解质电解质实际上是铁屑还原的催化剂，它的存在可促进铁屑还原反应的进行。

在硝基还原为氨基时，需要有电解质存在，并保持介质的pH值3.5～5，使溶液中有铁离子存在。

电解质的作用是增加水溶液的导电性，加速铁的电化学腐蚀。

通常是先在水中放人适量的铁粉和稀盐酸（或稀硫酸、乙酸），加热一定时间进行铁的预蚀，除去铁粉表面的氧化膜，并生成Fe2+作为电解质。

另外，也可以加入适量的氯化铵或氯化钙等电解质。

电解质不同，水介质的pH值也不同，对于具体的还原反应，用何种电解质为宜，应通过实验确定。

（4）反应温度硝基还原时，反应温度一般为95～102℃，即接近反应液的沸腾温度。

应该指出，铁粉还原是强烈的放热反应，如果加料太快，反应过于激烈，会导致爆沸溢料。

反应后期用直接水蒸气保温时也应注意防止爆沸溢料。

对硝基乙酰苯胺用铁粉还原制对氨基乙酰苯胺时，为了避免乙酰氨基的水解，要在75～80℃还原。

（5）反应器铁屑的相对密度比较大，容易沉在反应器的底部，因此最初所用的反应器是衬有耐酸砖的平底钢槽和铸铁制的慢速耙式搅拌器，但是现在已改用衬耐酸砖的球底钢槽和不锈钢制的快速螺旋桨式搅拌器，并用直接水蒸气加热。

对于小批量生产也可以采用不锈钢制的反应器。

（6）被还原物的结构

对于不同结构的硝基化合物，采用铁屑还原时，反应条件不同。

对于芳香族硝基化合物，当芳环上有吸电子基存在时，硝基中氮原子上的电子云密度降低，亲电能力增强，有利于还原反应的进行，还原反应的温度可降低。

当芳环上有供电子基时，硝基中氮原子上的电子云密度增加，氮原子的亲电能力降低，不利于还原反应的进行，还原反应的温度要较高。

5.6锌粉还原

锌粉还原也是电子转移还原。

锌粉容易被空气氧化，使锌粉的表面被氧化锌膜所覆盖，而降低锌粉的活性，甚至不能达到使用效果。

特别是在强碱性介质中还原时必须使用刚刚制得的新鲜锌粉，锌粉不宜存放时间过久，以免失效。

锌粉还原大都是在酸性介质中进行的，最常用