重氮化和重氮鹽的反應(yīng)備課講稿

重氮化和重氮鹽的反應(yīng)1/13/20232用途Ar-N2+X-Ar-NHNH2NaSO3,NaHSO3還原Ar-N2+X-+Ar’-NH2

Ar-N=N-Ar’-NH2Ar-N2+X-+Ar’-OHAr-N=N-Ar’-OH偶合偶合ArN2X-ArYY=F,Cl,Br,I,CN,OH,H等重氮基轉(zhuǎn)化1/13/202338-2重氮化反應(yīng)重氮化反應(yīng)歷程重氮化反應(yīng)影響因素重氮化方法1/13/20234一、重氮化反應(yīng)歷程芳伯胺重氮化反應(yīng)歷程是親電的N-亞硝化-脫水反應(yīng)。1、親電質(zhì)點：與反應(yīng)體系所用無機酸種類和濃度有關(guān)。1/13/20235(1)在稀鹽酸中進行重氮化時，主要活潑質(zhì)點是亞硝酰氯（ON-Cl），它是按以下反應(yīng)生成：NaNO2+HCl→ON-OH+NaCl（酸化）ON-OH+HClON-Cl+H2O（?；?）在稀硫酸中進行重氮化時，主要活潑質(zhì)點是亞硝酸酐（ON-NO2），它是按以下反應(yīng)生成：2ON-OHON-ON2+H2O（3）在稀鹽酸中進行重氮化時，如果加少量溴化鈉或溴化鉀，則主要活潑質(zhì)點是亞硝酰溴（ON-Br），它是按以下反應(yīng)生成：NaBr+HClNaCl+HBrON-OH+HBrON-Br+H2O1/13/20236（4）在濃硫酸中進行重氮化時，則主要活潑質(zhì)點是亞硝基正離子（ON+），它是按以下反應(yīng)生成：ON-OH+H2SO4ON++2HSO4-+H3O+上述各種活潑質(zhì)點的活潑性次序是：ON+＞ON-Br＞ON-Cl＞ON-ON2＞ON-OH重氮化反應(yīng)歷程是N-亞硝化-脫水反應(yīng)，可簡要表示如下：2、反應(yīng)歷程1/13/20237二、一般反應(yīng)條件（1）低溫反應(yīng)：0～10℃HNO2H2O+NO1/13/20238（2）無機酸的用量和濃度酸的作用:①溶解芳胺:ArNH2+HClArNH3+Cl-②產(chǎn)生HNO2：HCl+NaNO2HNO2+NaCl③維持反應(yīng)介質(zhì)強酸性

酸要過量理論量：n(HX):n(ArNH2)=2:1實際比:n(HX):n(ArNH2)=2.5-4:11/13/20239由于游離亞硝酸很不穩(wěn)定，易發(fā)生分解，通常重氮化反應(yīng)所需的新生態(tài)亞硝酸，是由亞硝酸鈉與無機酸（鹽酸或硫酸等）作用而得。由此可見，亞硝酸鈉是重氮化反應(yīng)中常用的重氮化劑。通常配成30%的亞硝酸鈉溶液使用，其用量比理論量稍過量。

（3）亞硝酸鈉使淀粉碘化鉀試紙變藍1/13/202310亞硝酸鈉的加料進度，取決于重氮化反應(yīng)速度的快慢，主要目的是保證整個反應(yīng)過程自始至終不缺少亞硝酸鈉，以防止產(chǎn)生重氮氨基物的黃色沉淀。但亞硝酸鈉加料太快，亞硝酸生成速度超過重氮化反應(yīng)對其消耗速度，則使此部分亞硝酸分解損失。3HNO2—→NO2+2NO+H2O2NO2+O2—→2NO2

NO2+H2O—→HNO3這樣不僅浪費原料，且產(chǎn)生有毒、有刺激性氣體，還會使設(shè)備腐蝕。因此，必須對亞硝酸鈉的用量和加料速度進行控制。1/13/202311

（4）重氮化試劑的配制1、在稀鹽酸或稀硫酸中進行重氮化時，一般可用質(zhì)量分數(shù)30%-40%的亞硝酸鈉水溶液。2、在濃硫酸中進行重氮化時，通常要將干燥的粉狀亞硝酸鈉慢慢加入到濃硫酸中配成亞硝酰硫酸溶液。1/13/202312三、重氮化方法1.堿性較強的芳胺特點：帶供電基，銨鹽穩(wěn)定，不易水解為游離胺方法：銨鹽溶于水：慢速順法銨鹽不溶于水：快速順法即在室溫將芳伯胺溶解于過量較少的稀鹽酸或稀硫酸中，加冰冷卻至一定溫度，然后先快后慢地加入亞硝酸鈉水溶液，直到亞硝酸鈉過量為至。1/13/2023132.堿性較弱的芳胺特點：（1）帶一個強吸電基或多個-Cl；（2）難成銨鹽，且銨鹽難溶于水；（3）易生成游離胺；（4）反應(yīng)速度快。方法：加熱溶解，冷卻析出；快速順法即先將芳伯胺溶解于過量較多、濃度較高的熱的稀鹽酸或稀硫酸中，然后加冰冷卻至一定溫度，使大部分胺鹽以很細地沉淀析出，然后迅速加入亞硝酸鈉水溶液，以避免生成重氮氨基化合物。1/13/2023143.堿性很弱的芳胺特點：（1）有兩個或兩個以上強吸電基；（2）不溶于稀酸，但能溶解于濃硫酸。方法：以濃H2SO4為介質(zhì)；

亞硝基硫酸法（NO+HSO4-)。即先將芳伯胺溶解于4-5倍質(zhì)量的濃硫酸中，然后在一定溫度下加入微過量的亞硝酰硫酸溶液。為了節(jié)省硫酸用量，簡化工藝，也可以向芳伯胺的濃硫酸溶液中直接加入干燥的粉狀亞硝酸鈉。1/13/2023154.氨基芳磺酸或氨基芳羧酸的重氮化特點：（1）易形成內(nèi)鹽，在酸性介質(zhì)下不溶；（2）可以溶于堿。方法：堿溶酸析;順式重氮化法即先將芳伯胺懸浮在水中，加入微過量的氫氧化鈉或氨水，使氨基磺酸轉(zhuǎn)變成鈉鹽或銨鹽而溶解，然后加入稀鹽酸或稀硫酸使氨基磺酸以很細的顆粒沉淀析出，接著立即加入微過量的亞硝酸鈉水溶液。1/13/2023165.氨基酚類的重氮化容易被氧化的氨基酚類（苯系、萘系鄰、對氨基酚）。該類中的某些芳胺在無機酸中易被亞硝酸氧化成醌亞胺型化合物。

方法：可在中性到弱酸性介質(zhì)中，在硫酸銅存在下重氮化。1/13/202317例如：2-氨基-4,6-二硝基苯酚，其重氮化是先將其溶于苛性鈉水溶液中，然后加鹽酸以細顆粒形式析出，再加亞硝酸鈉進行重氮化。l-氨基-2-萘酚-4-磺酸的重氮化是在中性水溶液中加入少量硫酸銅作催化劑來進行的：1/13/202318二胺類化合物的重氮化可分為三種情況。

鄰二胺類：它和亞硝酸作用時一個氨基先被重氮化，然后該重氮基又與未重氮化的氨基作用，生成不具有偶合能力的三氮化合物。但鄰苯二胺可在乙酸中用亞硝酰硫酸雙重氮化。6、二胺類的重氮化1/13/202319間二胺類：其特點是極易重氮化及與重氮化合物偶合。例如，一個分子中的兩個氨基同時被重氮化，接著與未起作用的二胺發(fā)生自身偶合，如俾士麥棕G偶氮染料的制備。1/13/202320為避免耦合副反應(yīng)，可用反法雙重氮化，即先將間苯二胺在弱堿性至中性條件下與稍過量的亞硝酸鈉配成混合水溶液，在良好攪拌下，將混合液快速加到過量較多的冷的稀鹽酸中進行反法重氮化。1/13/202321對二胺類：該類化合物用正法重氮化可順利地將其中一個氨基重氮化，得到對氨基重氮苯。重氮基為強吸電基，它與氨基共處于共扼體系中時，將使未被重氮化的氨基的堿性減弱，從而使進一步的重氮化產(chǎn)生困難。如果將兩個氨基都重氮化則需在濃硫酸中進行。1/13/202322四、重氮化設(shè)備重氮化一般采用間歇操作，選擇釜式反應(yīng)器。因重氮化水溶液體積很大，反應(yīng)器的容積可達10～20M3。某些金屬或金屬鹽，如Fe、Cu、Zn、Ni等能加速重氮鹽分解，因此重氮反應(yīng)器不易直接使用金屬材料。大型重氮反應(yīng)器通常為內(nèi)襯耐酸磚的鋼槽或直接選用塑料制反應(yīng)器。小型重氮設(shè)備通常為鋼制加內(nèi)襯。用稀硫酸重氮化時，可用搪鉛設(shè)備，其原因是鉛與硫酸可形成硫酸鉛保護模；若用濃硫酸，可用鋼制反應(yīng)器；若用鹽酸，因其對金屬腐蝕性較強，一般用搪玻璃設(shè)備。1/13/202323重氮化反應(yīng)所用原料應(yīng)純凈且不含異構(gòu)體。若原料顏色過深或含樹脂狀物，說明原料中含較多氧化物或已部分分解，在使用前應(yīng)先進行精制（如蒸餾、重結(jié)晶等）。原料中含無機鹽、如氯化鈉，一般不會產(chǎn)生有害影響，但在計量時必須扣除。芳伯胺重氮化時應(yīng)注意的共性問題：重氮化反應(yīng)的終點控制要準確。由于重氮化反應(yīng)是定量進行的，亞硝酸鈉用量不足或過量均嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此事先必須進行純度分析，并精確計算用量，以確保終點的準確。重氮化反應(yīng)的設(shè)備要有良好的傳熱措施。由于重氮化是放熱反應(yīng)，無論是間歇法還是連續(xù)法，強烈的攪拌都是必需的，以利于傳質(zhì)和傳熱，同時反應(yīng)設(shè)備應(yīng)有足夠的傳熱面積和良好的移熱措施，以確保重氮化反應(yīng)安全進行。重氮化過程必須注意生產(chǎn)安全。重氮化合物對熱和光都極不穩(wěn)定，因此必須防止其受熱和強光照射，并保持生產(chǎn)環(huán)境的潮濕。1/13/2023248-3重氮鹽的反應(yīng)①保留氮的重氮基轉(zhuǎn)化反應(yīng)②放出氮的重氮基轉(zhuǎn)化反應(yīng)δ+1/13/202325一、保留氮的重氮基轉(zhuǎn)化反應(yīng)重氮鹽還原為芳肼偶合反應(yīng)1/13/202326（一）重氮鹽還原為芳肼在亞硫酸鹽和亞硫酸氫鹽1:1的混合物的作用下，重氮鹽可以還原芳肼。重氮-N-磺酸鈉芳肼-N,N’-磺酸鈉芳肼磺酸鈉芳肼鹽酸鹽1/13/202327P2228-1（1）1/13/202328P2228-1（2）1/13/202329（二）偶合反應(yīng)定義重氮鹽與芳環(huán)、雜環(huán)或具有活潑亞甲基的化合物反應(yīng)，生成偶氮化合物的反應(yīng)叫做偶合反應(yīng)。重氮組分偶合組分1/13/202330（1）酚類：（2）胺類偶合組分：偶合組分中同時含有氨基和羥基時，則在酸性偶合時，偶氮基進入氨基的鄰對位；在堿性偶合時，偶氮基進入羥基的鄰對位。重氮組分：＜＜＜＜＜＜＜1/13/202331偶合反應(yīng)應(yīng)用實例——酸性嫩黃G的合成操作方法①重氮化。重氮桶中放水560L，加30%鹽酸163kg，再加入100%苯胺55.8kg，攪拌溶解，加冰降溫至0℃，自液面下加入相當(dāng)于100%亞酸鈉41.4kg的30%亞硝酸鈉溶液，重氮溫度0～2℃,時間30Min，此時剛果紅試紙呈藍色，碘化鉀淀粉試紙呈微藍色，最后調(diào)整體積至1100L。1-(4'-磺酸基苯基)-3-甲基-5-吡唑啉酮1/13/202332②偶合。鐵鍋中放水900L，加熱至40℃，加入純堿60kg，攪拌全溶，然后加入1-(4'-磺酸基苯基)-3-甲基-5-吡唑啉酮154.2kg，溶解完全后再加入10%純堿溶液（相當(dāng)于100%48kg）。加冰及水調(diào)整體積至2400L，溫度2～3℃，把重氮液過篩放置40min。在整個過程中，保持pH=8～8.4，溫度不超過5℃。偶合完畢，1-(4'-磺酸基苯基)-3-甲基-5-吡唑啉酮應(yīng)過量，pH在8.0以上。如pH值低，則需補加純堿液。繼續(xù)攪拌2h，升溫至80℃，體積約4000L，按體積20%～21%計算加入食鹽量，進行鹽析，攪拌冷卻至40℃以下過濾。在80℃干燥，得產(chǎn)品460kg（100%）。1/13/202333ArN2+二、放出氮的重氮基轉(zhuǎn)化反應(yīng)1/13/202334ArN2+1/13/202335(一)重氮基被氫原子置換——脫氨基反應(yīng)

反應(yīng)條件：重氮鹽水溶液和乙醇、丙醇等弱還原劑反應(yīng)，可使-N2+基團被-H置換（脫-NH2）還原劑：乙醇、丙醇、次磷酸（H3PO2）當(dāng)-N2+鄰位有鹵基、-COOH、-NO2時，還原效果更好。Zn粉、Cu粉的存在有利于反應(yīng)。用途：用于有機合成中，用一般反應(yīng)不能得到目的產(chǎn)物時。1/13/202336重氮鹽與還原劑乙醇或甲醇的反應(yīng)屬游離基反應(yīng)：脫氨基反應(yīng)的用途：先利用氨基的定位作用將某些取代基引入到芳環(huán)上的指定位置，然后再脫去氨基，以制備某些不能用簡單的取代反應(yīng)制備的化合物。1/13/202337P2228-1（11）1/13/202338(二)重氮基被羥基置換——重氮鹽的水解

反應(yīng)歷程：SN1歷程重氮鹽首先分解為芳陽離子，然后受到親核試劑H2O的進攻，快速形成中間體陽離子(I)，再脫質(zhì)子生成酚類：1/13/202339注意一：由于芳正離子非?；顫?，可與反應(yīng)液中其他親核試劑相反應(yīng)。為避免生成氯化副產(chǎn)物，芳伯胺重氮化要在稀硫酸介質(zhì)中進行。為避免芳正離子與生成的酚氧負子反應(yīng)生成二芳基醚等副產(chǎn)物，最好將生成的可揮發(fā)性酚，立即用水蒸氣蒸出?；蛳蚍磻?yīng)液中加入氯苯等惰性溶劑，使生成的酚立即轉(zhuǎn)入到有機相中。注意二：為避免重氮鹽與水解生成的酚發(fā)生偶合反應(yīng)生成羥基偶氮染料，水解反應(yīng)要在40%～50%濃度的硫酸中進行。通常是將冷的重氮鹽水溶液滴加到沸騰的稀硫酸中。溫度一般在102～145℃。

重氮鹽的水解反應(yīng)的用途：用其他方法不易在芳環(huán)上的指定位置引入羥基時，可考慮采用重氮鹽的水解。1/13/202340例如：解：P2228-1（14）1/13/2023411/13/202342另外，在萘系酚類中，只有1-萘酚-8-磺酸的制備采用重氮鹽的水解法。NaNO2/稀H2SO4重氮化稀H2SO4酸性水解NaOH堿性水解1/13/202343(三)重氮基被鹵原子置換

——(X=－F、－Cl、－Br、－I)1/13/2023441、重氮基被氯或溴置換——Sandmeyer反應(yīng)要求芳伯胺重氮化時所用氫鹵酸和鹵化亞銅中的鹵原子都與要引入芳環(huán)上的鹵原子相同。1/13/202345桑德邁爾反應(yīng)是自由基型的置換反應(yīng)。一般認為重氮鹽正離子先與亞銅鹽負離子形成配合物；然后配合物經(jīng)電子轉(zhuǎn)移生成芳自由基Ar?；最后芳自由基Ar?與CuCl2反應(yīng)生成氯代產(chǎn)物并重新生成催化劑CuCl。反應(yīng)所需鹵化銅催化劑通常需要新鮮制備，用量一般為重氮鹽的1/5～1/10（化學(xué)計算量）。也可用銅粉與鹵化氫代替鹵化亞銅，這種改良反應(yīng)稱為蓋特曼（Gatterman）反應(yīng)。反應(yīng)溫度一般要求40～80℃，有些反應(yīng)也可在室溫下進行。反應(yīng)中常加入適量無機鹵化物，使鹵離子濃度增加，但需保持較高酸性，以加速鹵置換反應(yīng)，提高收率，減少偶氮、聯(lián)芳烴及氫化副產(chǎn)物。1/13/202346根據(jù)重氮鹽的性質(zhì)不同，桑德邁爾反應(yīng)有兩種操作方法。一種是將亞銅鹽的氫鹵酸鹽溶液加熱至適當(dāng)溫度，然后緩慢滴入冷的重氮鹽溶液，滴入速度以立即分解放出氮氣為宜。這一操作使亞銅鹽始終對重氮鹽處于過量狀態(tài)。適用于反應(yīng)速度較快的重氮鹽。另一種是將重氮鹽溶液一次加入到冷卻的亞銅鹽與氫鹵酸溶液中，低溫反應(yīng)一定時間后，再緩慢加熱使反應(yīng)完全。這種方法使重氮鹽處于過量，適用于一些配位和電子轉(zhuǎn)移速度較慢的重氮鹽。另外，也可以將銅粉加入到冷的重氮鹽的氫鹵酸水溶液中進行重氮基被氯或溴的置換反應(yīng)，這個反應(yīng)稱蓋特曼（Gattermann）反應(yīng)。1/13/2023472、重氮基被碘置換由重氮鹽置換成碘代芳烴，可直接用碘化鉀或碘和重氮鹽在酸性溶液中加熱即可。用碘置換的重氮鹽制備，一般在稀硫酸或鹽酸中進行，用稀硫酸效果較好；若用鹽酸，其粗品中會有少量氯化物雜質(zhì)。例如：1/13/2023483、重氮基被氟置換（制備氟化物的一種重要方法）通常用希曼（Schiemann）反應(yīng)，即將芳伯胺在鹽酸中重氮化加入氟硼酸，過濾出水溶性很小的重氮氟硼酸鹽，在無水條件下加熱分解氟化。1/13/202349P2228-1（6）1/13/202350用途：制備一系列芳香族鹵化物。例：1/13/202351（四）重氮基被氰基置換重氮鹽與氰化亞銅的配合物在水介質(zhì)中反應(yīng)，重氮基可被氰基（-CN）置換，生成芳腈。氰化亞銅的配位鹽水溶液是由氯化亞銅或氰化亞銅與氰化鈉溶液制得：氰化反應(yīng)一般表示為：1/13/202352例：解：1/13/202353P2228-1（12）1/13/202354（五）重氮基被巰基置換重氮鹽與一些低價含硫化合物相作用可使重氮基被巰基置換。將冷重氮鹽酸鹽水溶液倒入冷的Na2S2-NaOH水溶液中，然后將生成的二硫化物Ar-S-S-Ar進行還原，也可制得相應(yīng)的硫酚。1/13/202355（六）重氮基被含碳基置換（自學(xué)）1/13/2023561/13/202357-1/13/202358練習(xí)：以間甲苯胺為原料經(jīng)重氮化-鹵化可以合成間氟甲苯和間氯甲苯，如下圖所示。（1）圖中3個反應(yīng)條件代表3個人名反應(yīng)：Schiemann反應(yīng)、Sandmeyer反應(yīng)和Gattermann反應(yīng)，請將反應(yīng)條件與人名反應(yīng)進行一一對應(yīng)。（2）芳烴反應(yīng)有雙分子親核、單分子親核、雙分子親電、苯炔機理和自由基機理等幾種反應(yīng)歷程，請說明圖中3個條件對應(yīng)的反應(yīng)歷程。（3）以條件2為例，試畫出重氮鹽氯化反應(yīng)的機理。1/13/202359芳基重氮氟硼酸鹽受熱時，首先分解放出氮氣，形成芳基碳正離子（Ar+）；芳基碳正離子立即從氟硼酸根離子（BF4-）中奪取一個氟離子（F-）形成芳基氟。1/13/202360本章作業(yè)P222：8-18-3。1/13/202361答：由苯的環(huán)上親電取代二氯化、混酸硝化、硝基還原成氨基、過量發(fā)煙硫酸磺化、氨基重氮化、重氮鹽加成磺化、最后酸性水解脫N，N’兩個磺酸基等反應(yīng)而得。其合成路線如下：重氮化時，將2,5-二氯苯胺-4-磺酸的酸性硫酸鹽濕濾餅在水中打漿，然后加冰，于8～10℃在液面下加入稍過量的35％亞硝酸鈉水溶液進行重氮化，產(chǎn)品2,5-二氯重氮苯-4-磺酸以內(nèi)鹽折出。將上述重氮磺酸內(nèi)鹽混濾餅慢慢加入到Na2SO3-NaHSO3混合鹽水溶液中，控制PH值為6.8-7.1，溫度20～25℃，進行N,N’加成二磺化．生成N，N’-芳肼二磺酸二鈉鹽，將加成磺化還原液過濾，除去不溶物，向澄清濾液中加入質(zhì)量分數(shù)為98%硫酸，在80～90℃進行酸性水解，脫去N,N’-兩個磺酸基，并抽真空排出SO2，水解液冷卻后，2，5-二氯苯肼4-磺酸內(nèi)鹽即結(jié)晶析出，過濾得內(nèi)鹽濕濾餅作為成品。說明：2，5-二氯苯胺在用過量發(fā)煙硫酸磺化后，將磺化物放入水中稀釋至硫酸濃度約30％時，磺化產(chǎn)物以2,5-二氯苯胺-4-磺酸的酸性硫酸鹽的形式析出．其分子已經(jīng)有1molH2SO4和一個-SO3H，因此它在重氯化時不需要再加硫酸或鹽酸。1/13/202362鄰甲苯胺經(jīng)烘焙磺化、N-乙?；?、環(huán)上親電取代氯化、酸性水解脫N-乙酰基、氨基重氨化、重氮鹽N,N’-加成二磺化，最后酸性水解脫去N,N’兩個磺酸基等反應(yīng)而得。其合成路線如下：重氮化時，將2-甲基6-氯苯胺-4-磺酸內(nèi)鹽濕濾餅在稀硫酸中打漿，加冰，在8℃以下慢慢加入稍過量40％亞硝酸鈉水溶液進行重氮化，得重氮磺酸內(nèi)鹽漿狀液，將它加入到含Na2SO3-NaHSO3混合鹽水溶液中，加料溫度8℃

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