硝基化合物催化还原的优化方案

通过还原硝基化合物制备芳香胺类化合物在合成化学领域和化工生产中发挥着重要的作用。因为，芳香胺类化合物是一种重要的化合物，广泛应用于农药、染料、医药、高分子材料等领域。以最具代表性的芳香胺类化合物苯胺为例，目前全球年产量高达460万吨，其中我国年产量约为205万吨。随着合成方法和生产工艺的不断改善提高，芳胺化合物的应用范围将不断扩大，据世界知名市场情报公司GIA（Global Industry Analysts，Inc）2010年的报告称：2015年，全球苯胺的消耗量将达620万吨。目前，已经研发建立多种硝基化合物催化还原体系，例如硼氢化物体系、CO/H2O体系、水合肼体系、醇类体系、硅烷体系等。在不同催化剂和反应条件下可将芳香硝基化合物催化为不同的芳香氨基化合物，主要有：亚硝基苯、N-苯基轻胺、氧化偶氮苯、偶氮苯、氢化偶氮苯和苯胺（见图8.3.1）。因此，选择合适的催化剂和反应条件，通过催化还原芳香硝基化合物可有选择性地制备组分单一的产物。

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图8.3.1　芳香硝基化合物的还原

对氨基苯酚（4-AP）作为硝基化合物的重要还原产物之一，是非常重要的化工合成中间体，利用4-AP可以制备染料、显影剂、止痛和退热药剂、腐蚀抑制剂和抗腐蚀润滑剂等化工产品。近年来，我国对氨基苯酚的消费量增长迅猛，由2002年的3.2万吨升至2009年的9.25万吨。目前，合成对氨基苯酚的方法很多，主要包括对硝基苯酚催化加氢法、对硝基苯酚铁粉还原法、硝基苯催化加氢法及硝基苯电解还原法等。工业生产主要采用对硝基苯酚催化加氢工艺制备对氨基苯酚，该方法具有产率高、产物质量好等优点。现今工业生产中大多采用Raney镍作为催化剂催化硝基化合物的氢化还原，但是反应存在选择性低、耐热性差和难以保存等缺点，因此限制了生产能力和催化剂寿命，而纳米镍催化剂由于尺寸小、比表面积大和表面活性位多等特点成为新型高效催化剂。镍纳米粒子作为磁性材料其尺寸、形貌、结构和组成等与其本身的物理和化学性质密切相关。因此，多种组分及不同结构的镍基纳米材料具有不同于常规磁性材料的独特性质，这不仅提升了镍纳米材料的催化性能同时还拓宽了其催化应用领域。