有机合成重氮化反应

目录1.重氮化反应定义2.重氮化反应类型2.1.芳香自由基取代反应2.2.芳香亲核取代反应2.3.重氮盐的还原反应3.重氮化反应的影响因素4.合成中的应用1. 重氮化反应定义芳香一级胺和亚硝酸或亚硝酸盐及过量的酸在低温下反应生成芳香重氮盐（diazoniumsalt)，该反应称为重氮化反应（diazotization reaction)。脂肪族伯胺与亚硝酸反应，可以定量释放出来氮气，这是测量脂肪伯胺非常好的方法，可以形成碳正离子，副反应比较多，在合成上是没有意义的。芳香族伯胺进行类似的反应，可以得到一个重氮盐，氮正离子受到苯环比较好的共轭，所以稳定性大大提高，这样一个中间体，在酸性介质中在0-5可以稳定存在，一旦遇到光照和加热，会马上分解，所以这样的一个重氮盐在合成中需要现制现用。据文献报道，重氮化反应机理：芳胺的重氮化反应需经两步，首先是亲电试剂进攻芳胺氮原子生成不稳定的中间产物，然后不稳定中间产物迅速分解，整个反应受第一步控制。无机酸不同，参与重氮化反应的亲电试剂也不同。稀硫酸中参与反应的是N2O3 (N2O3 是两个亚硝酸分子作用生成的中间产物，它可有两种构型，一为不稳定结构ONONO，一为稳定结构ONNO2)；盐酸中参与反应的是亚硝酰氯NOCl；在浓硫酸中则是亚硝基正离子 N+O。它们亲电性强弱顺序为：N+O NOCIN2O3重氮盐的氮原子为sp杂化，当重氮离子与芳烃相连，芳环的大键与重氮基的键共轭， 使得其稳定性较脂肪族重氮盐的高。由于共轭效应影响，单位正电荷并不完全集中在一个氮原子上， 用共振论的观念，可写出下列共振式：共振式()()可解释重氮盐有双重反应性能，()式表现易发生放氮的取代反应，()式则作为重氮组分进行偶合反应。2. 重氮化反应类型2.1. 芳香自由基取代反应卤代氯离子和溴离子的亲核能力较弱，因此用同样的方法很难将氯、溴引人苯环。1884年，Sandmeyer发现在氯化亚铜或溴化亚铜的催化下，重氮盐在氢卤酸溶液中加热，重氮基可分别被氯和溴原子取代，生成芳香氯化物或溴化物，这一反应称为Sandmcyer反应。反应机理如下：首先，重氮盐与氯化亚铜形成络合物，加热时，铜转移给氮一个电子，而后碳氮键均裂，分解放出氮气、并生成苯自由基和两价的铜盐。苯自由基从两价的卤化铜中夺取一个卤原子，生成氯苯或溴苯，同时卤化铜又生成卤化亚铜，所以卤化亚铜在反应中只起催化剂的作用，但它的用量须是等物质的量。该反应是通过一个自由基中间体进行的，故称作自由基型芳香取代反应。氰代重氮盐用氰化亚铜，氰化钾处理，得到苯氰，反应条件需在中性条件下进行，防止氢氰酸逸出。考虑另一个合成途径：首先制得苯甲酰胺，用五氧化二磷脱水得到苯氰，要想得到苯甲酰胺还需要先制备苯甲酰氯，然后跟氨基反应，合成步骤很长，而用氰根解的方法可以很快的制得苯氰。2.2. 芳香亲核取代反应羟基取代反应机理如下：这是一个单分子的芳香亲核取代反应，反应分两步进行，先是重氮盐分解成苯正离子和氮气，这是决定反应速率的一步，苯正离子一旦形成，则立刻和亲核的水分子反应生成酚，因此这是由胺通过重氮盐在芳环上引人羟基的一种方法。用稀硫酸加热回流就可以把重氮盐转化成酚，在合成里面有很多重要的用途。将重氮盐的水溶液与碘化钾一起加热，重氮基很容易被碘取代，生成芳香碘化物，同时放出氮气。我们知道，芳烃碘代制碘苯极其困难，通过重氮化反应制得碘苯，收率80%-85%。进攻苯正离子的是I3-。氟苯是不可能通过芳香烃取代反应制得，好多氟苯都是用这种方法制备的。四氟硼酸处理重氮盐，转换成重氮盐的四氟硼酸盐，加热分解，可以制备氟苯，同时另外一个产物是BF3。2.3. 重氮盐的还原反应重氮盐在某些还原剂的作用下能发生重氨基被氢原子取代的反应，由于重氮基来自氨基，因此常称该反应为去氨基还原反应，最常用的还原剂有乙醇或次磷酸，反应在水溶液中进行。3. 重氮化反应的影响因素(1) 无机酸在实验中，芳胺和无机酸的摩尔比大约是l：2.54，酸大大过量，酸除用于生成亚硝酸外， 主要目的是稳定生成的重氮盐，若酸量不足，生成的重氮盐容易和未反应的芳胺发生自偶合反应而影响下步的反应，但是如果酸性浓度增加，游离胺的浓度降低，反而使重氮化速度变慢。因此，反应介质的酸性应保持pH值在23左右。(2) 亚硝酸的用量反应过程中，应保持亚硝酸过量，否则也会引起自偶合反应，但太过量的亚硝酸因能氧化和亚硝基化等而引起一系列的副反应，对下一步偶合不利。一般芳胺和亚硝酸钠的摩尔比为l：1在偶合反应前，如果测定仍有过量的亚硝酸(淀粉碘化钾试纸变蓝)，需加少量的尿素破坏。(3) 反应温度反应温度一般在05进行，因低温可降低重氮盐分解的速度，但实验表明当芳环上连有某些基团时，反应温度可提高。例如：对氨基苯磺酸可在1015下进行；l-氨基萘-4-磺酸可在35进行重氮化。从理论分析，已知重氮盐分解成苯正离子和氮气的反应是可逆的当重氮基的邻、对位上有吸电子取代基时，苯环的电子密度变小，苯正离子的稳定性减小，反而使分解速度降低；间位吸电子基虽降低苯环的电子密度，但间位降低的相对少一些，能使苯正离子稳定，从而使重氮盐分解速度加快。邻 对位上有给电子基的重氮盐，与邻、对位上有吸电子取代基的相似，也使分解速度变慢。因为这种取代基可以通过给电子共轭效应与重氮基共轭，使碳氮键的双键性质增加，因此碳氮键断裂较难，形成苯正离子的速度减慢，例如重氮基对位上有甲氧基的重氮盐，它的共轭结构如下所示：4. 合成中的应用(1) 反定位律的合成Exp.1 直接做溴代或氯代，再做第二步卤代，定位律是违背的，氯或者溴是第一类定位基，不论上哪一个都不可能在间位上另外一个。 Exp.2 发烟硝酸，发烟硫酸，硝化，制成三硝基苯，回流48小时，0.4的收率。正确的路线是先把苯做硝化，还原制成苯胺，加过量的溴水就可以得到三溴苯胺，亚硝化，乙醇加热回流，