1、第十章 重氮化與重氮鹽,第一節(jié) 概述,一、重氮化反應及其特點,1 重氮化合物定義： 指分子中含有兩個氮原子相連的基團，而這個基團只有一端與碳原子相連，而另一端則不與C原子相連。（與偶氮化合物相區(qū)別）,2. 重氮化反應定義：,將芳伯胺等胺基化合物在低溫下及強酸（其中鹽酸及硫酸最為常用）水溶液中，與亞硝酸作用生成重氮鹽的反應，稱為重氮化反應。,3. 重氮化反應在有機合成中的應用：,用來合成與親電取代反應相悖的化合物，尤其是各種偶氮染料、有機顏料和醫(yī)藥中間體的重要的基本的方法，在精細有機合成中被廣泛應用。,如：間氯甲苯的合成。,4脂肪胺與芳胺的重氮化反應特點：,脂肪伯胺得到的重氮化合物很不穩(wěn)定，容易

2、分解成醇類化合物，在有機合成上沒有多少價值。,由由芳伯胺制得的重氮化合物性質穩(wěn)定，可用來制備許多重要的中間體。在精細化學品的合成中有著重要的意義。,二、重氮鹽的結構與性質 1重氮鹽的結構 重氮鹽的結構為：,重氮鹽的反應一般是在強酸性到弱堿性介質中進行的。其pH值的高低與目的反應有關。,2重氮鹽的性質,（2）干燥的重氮鹽極不穩(wěn)定，受熱爆炸。,（1）重氮鹽具有類似銨鹽的性質，一般可溶于水，不溶于有機溶劑。重氮化后溶液是否澄清可作為反應正常與否的標志。,（3）重氮鹽在低溫水溶液中比穩(wěn)定且具有高反應活性。生產(chǎn)中常不必分離出重氮鹽結晶，而用其水溶液進行下一步反應。,8,（4）重氮鹽可發(fā)生兩類反應：一類是

3、重氮基轉化為偶氮基（偶合）或肼基（還原），非脫落氮原子的反應；另一類是重氮基被其他取代基所置換，同時脫落兩個氮原子放出氮氣的反應。,（5）重氮鹽性質活潑，本身價值不高，但通過上述兩類重氮鹽的反應，可制得一系列重要的有機中間體。,第二節(jié) 重氮化反應,復習：甲基橙的制備： 1重氮化反應,2偶合反應 利用淀粉-KI試紙檢驗的過程。,一、重氮化反應歷程,NaNO2 + HCl HNO2 + NaCl HNO2 + HCl NOCl（親電質點） + H2O（稀鹽酸中） 2HNO2 N2O3（親電質點） + H2O（稀硫酸中） N2O3 NO+（親電質點） + NO2 （濃硫酸中）,屬于親電取代反應。,1

4、2,親電質點活性,ON+ ONBr ONCl,機理,二、反應影響因素 1無機酸的性質 在重氮化時常采用鹽酸，硫酸則用得較少。當用鹽酸難以重氮化時，則需要在濃硫酸中進行。,2無機酸的用量和濃度,理論上，酸的摩爾用量為芳伯胺的2倍，即1mol芳伯胺需2mol鹽酸。對于堿性較弱的芳伯胺，其酸用量和濃度都應相對提高。,無機酸的用量和濃度與參與反應的芳胺結構有關。,3亞硝酸鈉,（2）亞硝酸鈉的加料進度： 取決于重氮化反應速度的快慢，主要目的是保證整個反應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，加料速度不能太快，防止產(chǎn)生“黃煙”即NO2。,（1）亞硝酸制備： 通常新鮮亞硝酸是由亞硝酸鈉

5、與無機酸（鹽酸或硫酸等）作用而得。,16,反應結束后，可以用KI淀粉試紙判斷重氮化是否完成。,過量的亞硝酸會促使重氮鹽分解，可以用尿素或氨基磺酸去除。,4芳胺堿性,當芳伯胺的芳環(huán)上連有供電子基團時，芳伯胺堿性增強，反應速度加快；當芳伯胺的芳環(huán)上連有吸電子基團時，芳伯胺堿性減弱，反應速度變慢。,5溫度 反應溫度常在低溫010進行，在該溫度范圍內，亞硝酸的溶解度較大，而且生成的重氮鹽也不致分解。 為保持此適宜溫度范圍，可采取直接加冰冷卻或冷凍氯化鈣水溶液或冷凍鹽水間接冷卻。 芳伯胺的堿性愈強，重氮化的適宜溫度愈低，若生成的重氮鹽較穩(wěn)定（弱酸鹽），亦可在較高的溫度下進行重氮化。,三、重氮化操作方法、

6、設備及安全生產(chǎn),（2）重氮化反應的終點控制要準確。過量的亞硝酸會促使重氮鹽分解。,（1）重氮化反應所用原料應純凈且不含異構體。在使用前應先進行精制（如蒸餾、重結晶等）。,1芳伯胺重氮化時應注意的共性問題,20,（3）亞硝酸過量的檢測方法：用碘化鉀淀粉試紙。當白色的試紙剛變成淺蘭色時，即表示亞硝酸的量是適合的；若變成蘭色，則亞硝酸已經(jīng)過量了。,2HNO2+2KI+ 2H2O I2 + 2KCl + 2H2O + 2NO,（4）過量的亞硝酸去除方法：加入氨基磺酸或尿素將過量的亞硝酸分解；也可以加入少量的芳胺，使之與過量的亞硝酸作用。,H2N-SO3H + HNO2H2SO4+N2+ H2O H2N

7、-CO-NH2+2HNO2CO2+2N2+3H2O,（6）防止重氮化合物受熱和強光照射，并保持生產(chǎn)環(huán)境的潮濕。,（5）反應的設備要有良好的傳熱措施,2. 重氮化操作方法 （1）直接法 本法適用于堿性較強的芳胺，即為含有給電子基團的芳胺，這些胺類可與無機酸生成易溶于水，但難以水解的穩(wěn)定銨鹽。 其操作方法是：將計算量（或稍過量）的亞硝酸鈉水溶液在冷卻攪拌下，先快后慢的滴加到芳胺的稀酸水溶液中，進行重氮化，直到亞硝酸鈉稍微過量為止。此法亦稱正加法，應用最為普遍。 反應溫度一般在010進行。鹽酸用量一般為芳伯胺的34mol為宜。水的用量一般應控制在到反應結束時，反應液總體積為胺量的1012倍。應控制亞

8、硝酸鈉的加料速度，以確保反應正常進行。,連續(xù)操作法 本法適用于堿性較強芳伯胺的重氮化。由于反應過程的連續(xù)性，可較大地提高重氮化反應的溫度以增加反應速率。 重氮化反應一般在低溫下進行，目的是為避免生成的重氮鹽發(fā)生分解和破壞。連續(xù)操作可以利用反應產(chǎn)生的熱量提高溫度，加快反應速度，縮短反應時間，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。例如，由苯胺制備苯肼就是采用連續(xù)重氮化法，重氮化溫度可提高到5060。,（2）倒加料法 （反重氮化法） 本法適用于一些兩性化合物，即含SO3H、COOH等吸電子基團的芳伯胺，如對氨基苯磺酸和對氨基苯甲酸等，還適用于一些易于偶合的芳伯胺重氮化。此類胺鹽在酸液中生成兩性離子的內鹽沉淀，故不溶于酸

9、中，因而很難重氮化。 其操作方法是：將這類化合物先與堿作用制成鈉鹽以增加溶解度，并溶于水中，再加入需要量的NaNO2，然后將此混合液加入到預先經(jīng)冷卻的稀酸中進行重氮化。,（3）濃酸法 本法適用于堿性很弱的芳伯胺，如二硝基苯胺、雜環(huán)位胺等。因其堿性弱，在稀酸中幾乎完全以游離胺存在，不溶于稀酸，反應難以進行。為此常在濃硫酸中進行重氮化。該重氮化方法是借助于最強的重氮化活潑質點（NO+），才使電子云密度顯著降低的芳伯胺氮原子能夠進行反應。 其操作方法是：將該類芳伯胺溶解在濃硫酸中，加入亞硝酸鈉液或亞硝酸鈉固體，在濃硫酸中的溶液中進行重氮化。,由于亞硝酰硫酸放出亞硝酰正離子（NO+）較慢，可加入冰醋酸

10、或磷酸以加快亞硝酰正離子的釋放而使反應加速。如：,（4）亞硝酸酯法 本法是將芳伯胺鹽溶于醇、冰醋酸或其他有機溶劑（如DMF、丙酮等）中，用亞硝酸酯進行重氮化。常用的亞硝酸酯有亞硝酸戊酯、亞硝酸丁酯等。此法制成的重氮鹽，可在反應結束后加入大量乙醚，使其從有機溶劑中析出，再用水溶解，可得到純度很高的重氮鹽。,3重氮化反應設備及安全生產(chǎn) （1）重氮化反應設備 重氮化一般采用間歇操作，選擇釜式反應器。反應器不宜直接使用金屬材料。大型重氮反應器通常為內襯耐酸磚的鋼槽或直接選用塑料制反應器。小型重氮設備通常為鋼制加內襯。用稀硫酸重氮化時，可用搪鉛設備，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

11、制反應器；若用鹽酸，因其對金屬腐蝕性較強，一般用搪玻璃設備。,31,（2）安全生產(chǎn) 重氮鹽性質活潑易爆炸，在進行重氮化反應時，要注意設備及附近環(huán)境的清洗，防止設備、器皿、工作環(huán)境等處殘留的重氮鹽干燥后發(fā)生爆炸事故。 重氮化反應中的酸有較強腐蝕性，特別是濃硫酸。應嚴格按工藝規(guī)程操作，避免灼傷、腐蝕等嚴重生產(chǎn)事故。 重氮化反應中，過量亞硝酸鈉會使反應系統(tǒng)逸出NO、Cl2等有毒有害的刺激性氣體。參加反應的芳伯胺亦具有毒性，特別是活潑的芳伯胺，毒性更強。所以反應設備應密閉，要求設備、環(huán)境、通風要有保證，以保障生產(chǎn)和環(huán)境的安全。 特別需要注意的是，通風管道中若殘留干燥的胺，遇氮的氧化物也能重氮化并自動發(fā)

12、熱而自燃，因此要經(jīng)常清理、沖刷通風管道。,33,三、重氮化反應的應用,重氮鹽能發(fā)生置換、還原、偶合、加成等多種反應。,34,1制備偶氮染料,例如：對氨基苯磺酸重氮化后得到的重氮鹽與2萘酚6磺酸鈉偶合，得到食用色素6。,解釋該產(chǎn)物結果,35,2還原制備苯肼 例如：重氮鹽還原制備苯肼中間體：,（1）N加成磺化反應：介質PH值6.58，反應溫度080,（2）水解反應：加入酸使PH值2 ，反應溫度6090,36,3. 重氮鹽鹵素置換,1）被氯或溴置換 Sandmeyer,若用甲苯直接氯化，產(chǎn)物為鄰氯甲苯（沸點159）和對氯甲苯（沸點160）的混合物。二者物理性質相近，很難分離,37,38,反應是自由基

13、歷程，催化劑CuCl起電子轉移作用。,HCl溶液濃度不宜過高，酸性不宜太強。,注意：,反應速度與重氮鹽結構有關，吸電子取代基加快反應速度。,39,2）重氮鹽被碘取代,反應可以采用Sandmeyer條件制備碘代物。,更簡便方法是與碘化鉀或碘化鈉反應。,40,3）重氮鹽被氟置換 Schiemann,Ar N2+X BF4 Ar N2BF4 ArF + N2 + BF3,注意：,鹽的加熱分解反應控制非常重要，防止發(fā)生爆炸。,產(chǎn)物收率與鹽的沉淀效果有關，而其沉淀效果與環(huán)上取代基有關。,41,芳香胺置換成取代氟苯收率比較,42,43,4.重氮鹽被羥基置換水解,條件：,1）最好是制備硫酸重氮鹽。,2）將重氮鹽加入沸騰的稀硫酸水溶液中水解。,44,5 . 重氮