第十六章重氮与偶氮化合物

上述反应溴代时要用HBr和Cu2Br2，不能用HCl和Cu2Cl2代替。 上述反应如果用铜粉代替Cu2X2 ，加热重氮盐也可生成卤代烃， 但产率较低，该反应称为伽特曼(Gattermann)反应。
N Br 2 Cu Br CH 3 CH 3
被碘原子取代

由于I－原子的亲核活性较高，重氮基比较容易被碘原子取代， 而无需催化剂。只要把重氮盐与KI水溶液一起加热，重氮基即 可被碘原子取代，这是把碘原子引入芳环的好方法。 NaNO + H SO KI 2 2 4 O N NH O N N HSO O NI 2 2 2 2 4 2

N 如果用H2SO4代替HCl，则生成重氮苯硫酸盐。 2HSO 4 在进行重氮化反应时，应注意以下几点： (1)反应温度要控制在0～ 5 ℃之间，过高会分解。 (2)加酸要过量。酸有三个作用：一是与NaNO2作用生成 HNO2，二是与产物作用成盐，三使反应体系保持强酸性。因 为重氮盐在强酸中才能稳定存在。酸度小时，会与未反应的苯 胺发生偶合反应。
O H
4 ( N , N 二 甲 氨 基 ) 偶 氮 苯 4 ' 磺 酸 4 , 4 ' － 二 羟 基 氢 化 偶 氮 苯
( C H ) C N N C ( C H ) 3 2 3 2 C N C N 偶 氮 二 异 丁 腈 ( C H ) C+ 3 2 N 2 2 C N 自 由 基 引 发 剂 ， 发 泡 剂
重氮化合物的命名

如果重氮基只一端与烃基相连，则称为重氮化合物。如：
N NC l
N N
N N
氯 化 重 氮 苯 ( 重 氮 苯 盐 酸 盐 ) C H N 2 2 C H 2 N N 重 氮 甲 烷 C H 2 N N
N NN H 苯 重 氮 氨 基 苯
16.1 重氮化反应

在低温和强酸水溶液中，芳伯胺与亚硝酸作用生成重氮盐的反 应称做重氮化反应。 < 5 ℃ NH + NaNO + HClN N 2 2 + Cl NaC + H O 2 P H < 3
ArN HSO H OH C 2 4+ 2 5

ArH + CHO CH N SO 2+ 3 2 4 ArOC H N SO H 2 5+ 2+ 2 4
将重氮化反应与重氮基被氢原子取代的反应结合，在有机合成中 可作为去掉氨基的方法，因此，该反应又称为脱氨基反应。利用 氨基的性质和脱氨基反应，在有机合成中，常用来制备一些用其 它方法不易制得的化合物。

前面已学过，由于I2的反应活性不高，不能用亲电取代反应在 芳环上引入碘原子，只有两种特殊的情况才可以：
O C H 3 O H I C l O C H 3 O H
H N 2
I 2
I H N 2
I I
被氟原子取代

芳香氟化物也可由重氮盐法制得。但必须首先将一般的重氮盐 转化为氟硼酸重氮盐，该重氮盐为一沉淀，分离干燥后，小心 加热，即可分解为芳香氟化物。该反应称为希曼(Schiemann) 反应。
3、被卤原子取代

重氮盐在Cu2X2催化下与相应的HX共热，重氮基可卤原子取代， 这个反应称为桑德迈尔(Sandmeyer)反应。
NH N Cl Cl 2 2 N aN O HCl Cu Cl 2+ 2 2 + HCl CH CH CH 3 3 6 0 度 3 NH N Br Br 2 2 N aN O HBr Cu Br 2+ 2 2 + HBr Cl Cl Cl 1 0 0 度
第十六章 重氮与偶氮化合物

重氮和偶氮化合物分子内都含有偶氮基官能团－N＝N－，如 果该官能团两端均与烃基相连，则称为偶氮化合物。
NN 偶 氮 苯 H O S 3
C C H H 3 NNC 3 H 3 偶 氮 甲 烷 NN N ( C H ) O 3 2 H
NN
O H
4 － 甲 基 － 4 ' － 羟 基 偶 氮 苯 N H N H
NH 2
2、被氢原子取代
重氮盐与还原剂次磷酸(H3PO2)、或甲醛碱溶液(HCHO-NaOH) 作用，重氮基可被氢原子取代。 ArN HSO PO H O H ArH + PO H N SO H 2 4+ 3 2+ 2 2+ 3 3+ 2 4

+ HCOONa N O ArN Cl + HCHO 2 + ArH NaOH 2+ 2 2 醇也能将重氮基还原成氢原子，但常伴随有付产物醚的生成。
1、被羟基取代

将重氮盐在酸性水溶液加热，即会发生水解，放出氮气，同 时生成酚。 H SO 2 4 N HSO + H O + OH N 2 4 H SO 2 + 2 2 4
用该方法制酚一般是用重氮盐的硫酸盐，并且要在较浓的硫 酸溶液(40-50%)中进行。因为这样才能避免生成的酚与未 反应的重氮盐发生偶合反应。 如果用重氮苯的盐酸盐加热水解，除了得到酚外，常伴有付 产物氯苯的生成。 这是因为重氮盐的取代反应主要按SN1历程进行。
OH(NR ) 2 N Cl + 2 CH 3 NN CH 3 OH(NR ) 2

但如果重氮盐与芳伯胺或芳仲胺反应时，由于N上有活泼的氢 原子，所以反应首先发生在N上，生成苯重氮氨基苯。
N Cl H N + 2 2
N N NH
偶合反应

如果将苯重氮氨基苯和盐酸或盐酸苯胺共热，则重排成对氨基 偶氮苯。 C H NH 6 5 2HCl N N NH
重氮化反应


(3)加NaNO2要适量。少了，影响产率；多了，会促进重氮盐 的分解；另外影响反应终点的检测；甚至会影响到下一步的反 应。所以一般NaNO2是等摩尔量加入。 反应终点是用KI－淀粉试纸检验，如果未到终点， HNO2会将 I- 氧化成I2而使淀粉显蓝色；反应到终点，微量的HNO2会使 KI－淀粉试纸显蓝紫色。反应结束后，残余的或过量的HNO2 可加入尿素来除去。
N Cl N BF 2 2 4 HBF 4 CH 3 CH 3 F N + BF + 2 3 CH 3


氟化芳烃也不能用亲电取代的方法制得，所以希曼反应也是在 芳环引入氟原子的常用方法。 重氮盐的卤代反应在有机合成中，也是常用来合成一些用一般 方法不易制得的卤代芳烃。
4、被氰基取代

重氮基被氰基取代的反应与卤素取代相似，也有桑德迈尔反应 和伽特曼反应，不过用的是KCN代替相应的HX。



N 2
被羟基取代

苯基正离子很活泼，很容易与亲核试剂发生反应。
H O 2 Cl H OH 2 Cl OH

因此，重氮盐法制酚一般用其硫酸盐，而不用其氢卤酸盐。 重氮盐法制酚，常用来制备一些用常规方法不易制得的酚。如：
SO Na 3 ONa H NaOH(S) 0 0 度 ONa Br 3 NaNO SO 2+ H 2 4 Br N HSO 2 4 H O 2 Br H SO 2 4 OH OH OH Br
( 2 )变 环 重 排 O HO CH NO NH HO CH CH NO 2 2 HO CH 2 2 3 2 2 H HNO 2 2 NaOH Ni OH O 变 环 重 排 H
二、保留氮反应


保留氮反应就是发生反应后，重氮基中的氮原子仍然保留在产 物中。这里主要指的是还原反应和偶合反应。 1、还原反应 重氮基可被较弱的还原剂(SnCl2+HCl、Na2SO3、NaHSO3等) 还原生成苯肼。 SnCl +HCl NaOH 2 NHNH NH HCl N Cl 2 2 2 苯肼是一种常用的羰基试剂，也是合成药物、染料的重要原料。 如果用较强的还原剂(Zn+HCl)，则被还原成苯胺。
5、重氮盐的分解与重排

脂肪重氮盐不稳定，一生成就立即分解，生成一个碳正离子， 碳正离子就会发生类似醇一样的重排反应。
( 1 ) 类 片 呐 醇 重 排 CH CH CH CH CH 3 3 3 33C C 3 3C C 3 OH NH 2 OH OCH 3
16.2 重氮盐的反应



重氮盐的化学性质非常活泼，能发生许多有机化学反应，广泛 应用于有机合成中，总体上可把重氮盐的反应分为两大类： 1、放氮反应－－重氮基被取代，同时放出氮气的反应。 2、保留氮反应－－还原反应和偶合反应，反应结束后， 重氮基仍保留在分子中。


一、放氮反应
放氮反应就是重氮盐中的重氮基－N2X被－OH、－H、－X、 －CN等原子或原子团取代，同时放出氮气的反应。因此，又叫 取代反应。
NO NO NO 2 2 2 NO 2 NaNO C u C N + K C N H O 2 3 N Cl NH CN 2 2 CO 或 C u + K C N HCl
NO NO 2 NO NO 2 2 2 C u C N + K C N NaNO Br 2 H O B Br Br 3 或 C u + K C N HCl N Cl CO 2 NH CN 2
3 0 － 4 0 度
N N N 2

但是重氮盐与间甲苯胺、间苯二胺、萘胺偶合时，由于甲基、 氨基都是供电子基，使苯环电子云密度较高，故反应主要发生 在芳环上；对于萘胺来说，由于－位活性本来较高，故主要 发生在萘环的－位上，而不是氨基上。
N H 2 C H 3
N H 2 N H 2
N H 2
N H 2

Zn+HCl N Cl NH Cl NH 2 2 + 4
2、偶合反应(Coupling Reaction)

偶合反应是指：重氮盐与酚或芳胺在一定条件下作用，生成具 有颜色的偶氮化合物。这个反应又称偶联反应。 ( P H = 9 － 1 0 ) NaOH+H O 2 N Cl N N O + OH 2 0 ℃ 对 羟 基 偶 氮 苯 ( 桔 红 色 )
N Cl + 2
CH COONa+H O 2 N(CH ) 3 2 3 N N N(C ) 3 2 ( P H = 5 － 7 )0 ℃ 对 ( N , N － 二 甲 氨 基 ) 偶 氮 苯 ( 黄 色 )

上述偶合反应中，重氮盐叫重氮组分，而酚和芳胺叫偶合(联) 组分。
偶合反应


偶合反应是亲电取代历程，但由于重氮盐正离子(ArN2)是一个 很弱的亲电试剂，只能与带有较强供电子基团的酚、胺类化合 物发生偶合反应，与其它化合物不发生偶合反应。 由于定位规律和空间效应，重氮组分一般进入－OH或－NR2的 对位，如果对位已被其它基团占据，则在邻位发生偶合。
脱氨基反应的应用

例1
混 酸 NO 2 F e+H C l
Br

例2
CH 3 混 酸 CH 3 F e+H C l NO 2
Br H PO 3 2 NH NH N HSO 2 2 2 4 Br 2 Br Br NaNO 2 Br Br H O H SO 2 2 4 Br BrCH
3
Br
Br (1 ) HNO 2 CH CH 3 CH 3 3 (2 ) H PO 3 2 (1 )Br (CH CO) O 2 3 2 Br (2 )OH NH NHCOCH NH 2 3 2
O HNO CO N H O + 2 2+ 2+ 2 NH C NH 2 2

(4)反应时要不断搅拌。
重氮盐的性质




N 2 Cl 重氮盐的稳定性与苯环上的取代基有关： N 2 Cl 当邻、对位有吸电子基时，稳定性提高。如： 可在40－60℃下稳定存在。 NO 2 SO 3 H 当芳环上有供电子基时，稳定性降低。 重氮盐的稳定性还与酸根有关，一般重氮硫酸盐比盐酸盐稳定。 重氮盐的反应活性较高，是一个重要的有机合成中间体，能用 于很多有机化合物的合成。但是，重氮盐的稳定性较差，不能 长期放置，一般现用现制，生成的重氮盐不需分离，可直接用 于下一步的有机合成。
重氮盐与芳胺的偶合反应是在弱酸或中性溶液(PH=5－7)中进 行，但酸性不能太强，因为在强酸中,－NH2会变成－NH3＋， 由供电子基变成了吸电子基，就不利于偶合反应的进行。

偶合反应



当重氮盐与萘酚或萘胺偶合时，也遵循萘的定位规律。 即当－OH或－NH2处于－位时，偶合反应发生在同环－位 上，即4－位上；如果4－位已被占据，则发生在同环的－位 上，即2－位上。 如果－OH或－NH2处于－位上，则偶合反应发生在同环邻位 的－位上，即1－位上。如果1－位被占据，则不发生偶合反 应。
偶合反应的条件


重氮盐与酚或芳胺发生偶合的条件也不相同。 一般与酚偶合要在弱碱性溶液(PH＝9－10)中最好。因为在弱 碱性中酚转化为苯氧负离子(C6H5O－)，使芳环进一步活化， 亲电取代反应更容易。但碱性不能太强，当PH＞10时，重氮 盐会转变成重氮碱，进而发生一系列的副反应(见P397中间)。