基本介紹
- 中文名：還原反應
- 外文名：Reduction Reaction
- 概念：得到電子或電子對偏近的反應
- 領域：化學
- 特徵：還原反應與氧化反應是同時存在
- 舉例：氫氣與氯氣的化合反應
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介紹
化學上把物質氧化數降低（得電子）的反應叫做還原反應。
國中教材中
在中國各版本的國中教科書中的還原反應主要指金屬氧化物與還原劑（氫氣，一氧化碳，碳單質）反應產生金屬單質和另外一種物質的反應。部分版本的教科書（比如浙教版的《科學》）也會給出“還原反應就是物質得到電子的反應”的定義，但只作介紹，不作為考點。平時練習和考試的時候所說的還原反應指的是第一種類型的反應。
氧化還原
介紹
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。
有單質生成的分解反應一定是氧化還原反應。
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：
還原反應
還原反應例子
氫氣與氯氣的化合反應
氫氣與氯氣的化合反應，其總反應式如下：
H2 + Cl2 → 2HCl
我們可以把它寫成兩個半反應的形式：
氧化反應：
H2 → 2H+ + 2e-
還原反應：
Cl2 + 2e- → 2Cl-
單質總為0價。第1個半反應中，氫元素從0價被氧化到+1價；同時，在第2個半反應中，氯元素從0價被還原到−1價. （本段中，“價”指氧化數）
兩個半反應加合，電子數削掉：
H2 → 2H+ + 2e-
+ 2e- + Cl2 → 2Cl-
---------------------
H2 + Cl2 → 2H+ + 2Cl-
最後，離子結合，形成氯化氫：
2H+ + 2Cl- → 2HCl
電化學
介紹
名稱來源
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：
Fe2O3+3CO=高溫=2Fe+3CO2
這個反應中，三氧化二鐵是氧化劑，而一氧化碳是大家熟悉的還原劑.三氧化二鐵中的氧元素給了一氧化碳，使後者氧元素含量增加變為二氧化碳.鐵由3價變為單質0價（降低，為氧化劑），而碳由2價變為4價（升高，為還原劑）
另外，複分解反應一定不是氧化還原反應.因為複分解反應中各元素的化合價都沒有變化.例如：
Na2CO3+CaCl2=2NaCl+CaCO3（沉澱）
二者關係
在化學反應中，還原反應是氧化反應的逆過程，即是得到電子的過程，因為有一方失去電子，就會有另一方得到電子。因此，還原反應經常和氧化反應合在一起，被稱為氧化還原反應。
如：煉鐵礦時，冶鍊金屬時
Fe2O3+3CO=高溫=3CO2+2Fe Cu2(OH)2CO3=加熱=2CuO+H2O+CO2↑ H2+CuO=加熱=Cu+H2O
能奪取含氧化合物里的氧，使它發生還原反應的物質，具有還原性.
具有還原性的物質叫還原劑，例如一氧化碳，氫氣，碳
有機反應
還原反應（Reduction Reaction）還原反應的概念——化學反應中，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：
還原反應
還原反應分類（還原劑及操作方法）：
⒈催化氫化反應（催化劑）
⒉化學還原反應（化學物質）
⒊生物還原反應（微生物發酵或活性酶）
不飽和烴類的還原
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（Catalytic Hydroenation）。
分類（催化劑與底物所處的相態）：
非均相催化氫化（多相催化氫化和轉移催化氫化）
均相催化氫化
多相催化氫化在醫藥工業的研究和生產中套用很多。主要有以下幾個特點：
①還原範圍廣，反應活性高，速度快
②選擇性好
③反應條件溫和，操作方便
④經濟適用
⑤後處理方便，乾淨無污染。
⑴常用催化劑
①鎳催化劑（Raney Ni、載體鎳、還原鎳和硼化鎳）
②鈀催化劑（氧化鈀、鈀黑和載體鈀）
③鉑催化劑（氧化鉑、鉑黑和載體鉑）。
⑵影響氫化反應速度和選擇性的因素
①作用物的結構。
②作用物的純度。
③催化劑的種類和用量。
④溶劑和介質的酸鹼度。
⑤溫度。
⑥壓力。
⑦接觸時間。
⑧攪拌。
⑶炔烴的氫化
反應分兩個階段：首先氫與炔進行順式加成，生成烯烴；然後進一步氫化，生成烷烴。
⑷烯烴的氫化
烯烴易被氫化成烷烴，催化劑通常為鈀、鉑或鎳。
烯鍵氫化是催化氫化的主要套用，用其它方法很少能完成這類反應。
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
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ArOH>ArNH2>ArH>ArCOOH>ArCH3。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
一、還原成醇 醛、酮可由多種方法還原成醇，目前套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套用。
1．金屬復氫化物為還原劑（首選試劑）
特點：
反應條件溫和副反應少
烴基取代的金屬化合物有高度選擇性和較好的立體選擇性
常用的金屬氫化物：
氫化鋁鋰（LiAlH4）、
硼氫化鉀（鈉）[K（Na）BH4]
硫代硼氫化鈉（NaBH2S3）
三仲丁基硼氫化鋰[（CH3CH2CH（CH3））3BHLi]
⑵試劑的主要性質及反應條件
活性順序：氫化鋁鋰>；硼氫化鋰>；硼氫化鈉（鉀）
溶劑選擇：
註：
B. 對α，β-不飽和醛酮的還原，可使用氰基硼氫化鈉或氫化二異丁基鋁，
如：9-硼雙環（3.3.1）-壬烷（9BBN）。
2．醇鋁為還原劑
異丙醇鋁還原羰基化合物時，首先是異丙醇鋁的鋁原子與羰基的氧原子以配位鍵結合，形成六元過渡態，然後生成新的醇-鋁衍生物和丙酮，蒸出丙酮有利於反應完全。
⑴影響因素本反應為可逆反應。
⑵套用對分子中含有的烯鍵、炔鍵、硝基、縮醛、腈基及鹵素等可還原基團無影響。
3．催化氫化還原（了解）
二、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。
特點：
⑴底物分子中有羧酸、酯、醯胺等羰基存在時，可不受影響
⑵α-酮酸及其酯類只能將酮基還原成羥基，而對β-或γ-酮酸及其酯類則可將酮基還原為亞甲基
⑶還原不飽和酮時，分子中的孤立雙鍵可不受影響；與羰基共軛的雙鍵被還原；而與酯羰基共軛的雙鍵，則僅僅雙鍵被還原
2．Wolff-黃鳴龍反應
適3．催化氫化和金屬復氫化物還原（了解）
三、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。
⒈ 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。
⒉Leuckart反應——在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
一、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
催化劑：
鈀催化劑或硫酸鋇為載體的鈀催化劑
金屬氫化物，如：三（叔丁氧基）氫化鋁鋰（LiAl-H[OC(CH3）]3）
二、酯及醯胺的還原
1．還原成醇
⑴金屬氫化物為還原劑（LiAlH4）
羧酸酯還原，可得伯醇
⑵Bouveault-Blance反應
同樣，二元羧酸酯也可用此法還原成二元伯醇。
2．還原成醛 由於醯胺很難用其它方法還原成醛，因而本法更具有合成價值。
如氯化二異丁基鋁AlH（i-C4H9）2可使酯以較好的產率還原成醛，對分子中其它基團無影響。
3．酯的雙分子還原偶聯反應
羧酸酯在惰性溶劑如醚、甲苯、二甲苯中與金屬鈉發生偶聯反應，生成α-羥酮。
利用二元羧酸酯進行分子內的還原偶聯反應，可以有效地合成五元以上的環狀化合物。
4．醯胺的還原
⒈ 催化氫化法
催化氫化還原可在常溫常壓下用鈀或鉑為催化劑，或在加壓下用活性鎳作催化劑，通常其還原產物除伯胺外，還得到大量的仲胺
⒉ 金屬氫化物為還原劑
氫化鋁鋰（過量）可還原腈成伯胺
乙硼烷（硝基、鹵素等可不受影響）
硼氫化鈉（加入活性鎳、氯化鈀等催化劑）
含氮化合物的還原
一、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。
1．活潑金屬為還原劑
機理——電子轉移過程。
電子從金屬表面轉移到被還原基團形成負離子，繼而與反應介質水、醇或酸提供的質子結合，從而使不飽和鍵得到還原。
⑴金屬鐵為還原劑 ——含水溶性基團的芳胺
通常將硝基化合物和鐵屑在乙酸中或在少量鹽酸的水中，硝基化合物可順利地還原成胺。在還原過程中-CN、-X、-C=C-的存在可不受影響。
⑵其它金屬為還原劑——Sn和SnCl2、 Zn、鋁、鈦、鎳
2．含硫化合物為還原劑
⑴硫化物為還原劑（硫化鈉、硫氫化物和多硫化物）
⑵含氧硫化物為還原劑（如連二亞硫酸鈉、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉）
3．金屬氫化物為還原劑
硝基化合物能被多種金屬氫化物還原成相應的胺。氫化鋁鋰與三氯化鋁的混合物均能有效地還原脂肪族硝基化合物。
4．催化氫化還原（活性鎳、鈀、二氧化鉑、鈀-碳）
5．一氧化碳選擇性還原
二、亞甲胺的還原（亞胺——胺）
⒈ 催化氫化（鎳、鈀）
⒉ 金屬氫化物（氫化鋁鋰、硼氫化鈉）
⒊ 活潑金屬（鐵、鈉）
三、其他含氮化合物的還原
⒈ 偶氮化合物的還原——伯胺（催化氫化法，活潑金屬法及連二亞硫酸鈉法）
⒉ 疊氮化合物的還原（催化氫化、金屬氫化物）
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。可用下列通式表示：
一、碳-鹵鍵的氫解
⒈ 脂肪族鹵化物中的氯和溴（連在叔碳上的除外）對鉑、鈀催化劑是穩定的，碘容易被氫解下來。
2．如果鹵素受到鄰位不飽和鍵或基團的活化，或鹵素與芳環、雜環相連，就容易被氫解脫鹵。
3．烴基相同時，碳-碘鍵>；碳-溴鍵>；碳-氯鍵；
4．鹵素相同時，醯鹵>；苄位鹵原子>；烯丙位鹵原子；
5．芳環上電子云密度較小位置的鹵原子也易氫解。
二、碳-氧鍵的氫解——苄位、烯丙位的羥基及其衍生物
三、碳-氮鍵的氫解——氫解活性低，苄胺衍生物在鈀催化下氫解脫苄
四、碳-硫鍵的氫解（蘭尼鎳）——一切含硫的有機化合物
