9章 重氮化偶合反应

亚硝酸钠的加料速度要适宜，
3HNO2 → NO2 + 2NO + H2O 2NO + O2 → 2NO2 NO2 + H2O → HNO3
4 芳胺碱性 芳伯胺的重氮化是靠活泼质点（NO＋）对芳伯胺氮原子 孤对电子的进攻来完成的。显然，芳伯胺氮原子上的负 电荷越高（芳伯胺的碱性越强），则重氮化反应速度就 越快，反之则相反。 ① 当芳伯胺的芳环上连有供电子基团时，芳伯胺碱性 增强，反应速度加快； ② 芳环上连有吸电子基团时，芳伯胺碱性减弱，反应 速度变慢。
3）重氮基被氟置换 Schiemann反应 重氮盐与氟硼酸盐反应，或芳伯胺直接用亚硝酸钠和氟硼酸进 行重氮化反应，生成不溶于水的重氮氟硼酸盐（复盐）。此重 氮盐性质稳定，过滤干燥后，再经加热分解，可得氟代芳烃。
反应机理
单分子芳香族亲核取代反应，氟硼酸重氮盐先是分解成苯基正离 子，受到氟硼酸根负离子进攻后得到氟代苯。
碱性
OH
NH2
酸性
HO3S H酸
SO3H
活泼亚甲基化合物通常在弱酸性或碱性条件下偶合，偶
合位置如下：
偶合
O 5 N 1
4
3 N
2
CH3
3—甲基—1—苯基—5—吡唑酮
3 应用实例 酸性嫩黄G的合成
NH2
N2 Cl
NaO3S
O
N N
CH3
H3C
N NN
N
HO
SO3Na
二 重氮盐的置换 重氮基可被多种基团所置换。 优点：收率高，操作简便，优点是可以得到具有确知 位置的取代化合物，置换基团进入的位置即在重氮基 处。
★ Gattermann 反应 重氮盐用新制的铜粉代替亚铜盐作催化剂，与浓盐酸或氢溴酸 发生置换反应得到氯代或溴代芳烃。 优点：操作比较简单，可在较低温度下进行 缺点：产率一般较Sandmeyer反应低。
反应实例
2）重氮基被碘置换 由重氮盐置换成碘代芳烃，碘化钾或碘和 重氮盐在酸性溶液中加热即可,一般在稀硫酸或盐酸中进行。
3 重氮盐的反应 重氮盐可以发生的反应分为两类。 ① 一类是重氮基转化为偶氮基（偶合）或肼基（还 原），非脱落氮原子的反应。 ② 二类是重氮基被其他取代基所置换，同时释放出氮 气的反应。
三、重氮化反应的应用 1．制备偶氮染料 重氮盐经偶合反应制得的偶氮染料，其品种居现代合 成染料之首。
食用色素黄-6 日落黄
盐酸过量对反应有如下好处： ①可加速重氮化反应速度，使重氮化合物以盐的形式 存在而不易发生分解; ②保持反应液酸性，抑制亚硝酸离子化，防止重氮盐 分解，阻止偶合副反应。
3 亚硝酸钠 游离亚硝酸很不稳定，易发生分解，通常重氮化反应 所需的新生态亚硝酸，是由亚硝酸钠与无机酸（盐酸 或硫酸等）作用而得。
三、 重氮化操作方法(自学) 根据芳伯胺的性质，所生产的重氮盐性质决定。 1 直接法 适用于碱性较强的芳胺，即为含有给电子基团的芳胺， 包括苯胺、甲苯胺、甲氧基苯胺、二甲苯胺、甲基萘胺、 联苯胺和联甲氧苯胺等。
2 连续操作法 适用于碱性较强芳伯胺的重氮化。 如苯胺制备苯肼
由苯胺制备对氨基偶氮苯
四、偶合反应 1．偶合反应及其特点 重氮盐与酚类、芳胺等作用生成偶氮化合物的反应称为 偶合反应。 参与偶合反应的重氮盐称为重氮组分；酚类或胺类称为 偶合组分。
重要的偶合组分有： 1 酚 如苯酚、萘酚及其衍生物等。 2 芳胺 如苯胺、萘胺及其衍生物等。 3 氨基萘磺酸 如H酸、 J酸、γ酸等。 4 活泼亚甲基化合物 如乙酰乙酰苯胺、吡唑酮等。 在进行偶合反应时，重氮盐以亲电试剂的方式对酚类（胺类） 的芳环上的氢进行亲电取代反应而生成偶氮化合物。
分离出乙基黄原酸芳基酯，乙基黄原酸芳基酯在氢氧化钠水溶液
中或稀硫酸中水解即得到相应的硫酚。
或者 将冷重氮盐酸盐水溶液倒入冷的Na2S2-NaOH水溶液中，然 后将生成的二硫化物Ar-S-S-Ar还原，也可制得相应的硫酚。
热 OH
H
H
Ar N N O
Ar N N O
H 亚硝胺
Na
亚硝胺盐
其中亚硝胺和亚硝胺盐比较稳定，而重氮盐、重氮酸和 重氮酸盐则较活泼。所以重氮盐的反应一般是在强酸性 到弱碱性介质中进行的。
2．重氮盐的性质 可溶于水； 干燥的重氮盐极不稳定，受热或磨擦、震动、撞击时 会剧烈分解,释放氮气，而发生爆炸； 重氮盐在低温水溶液中一般比较稳定，但仍具有很高 的反应活性。
芳伯胺必须以游离态参加反应； 游离芳伯胺氮原子上的孤对电子裸露，具有较强亲核 性，而芳伯胺盐，氮原子上的孤对电子被酸或质子所 占据，失去亲核性，反应活性极低。
5 温度 重氮化反应速度随温度升高而加快，但因重氮化反应 是放热反应，生成的重氮盐对热不稳定，亚硝酸在较 高温度下亦易分解，常在低温0～10℃进行反应。 芳伯胺的碱性愈强，重氮化的适宜温度愈低，若生成 的重氮盐较稳定，亦可在较高的温度下进行重氮化。
SO3H
R2
O
N
N
R1
3）介质pH值 重氮盐与酚类或芳伯胺的偶合对pH值的要求不同。 与酚类的偶合宜在弱碱性介质中进行（pH约为8～10），pH值增 加，偶合速度加快，pH增至9左右时，偶合速度最大。 在碱性介质中有利于偶合组分的活泼形态酚氧负离子的生成，但 当pH＞10时，偶合停止。这是因为重氮盐在碱性介质中转变为 重氮酸钠而失去偶合能力。
6 硫酸铜触媒法 适用于容易被氧化的氨基苯酚和氨基萘酚及其衍生物 的重氮化。如，邻、间氨基苯酚； 用弱酸或易于水解的无机盐，在硫酸铜存在下，和亚 硝酸钠作用，缓慢释放出亚硝酸进行重氮化；如，1氨基-2-萘酚-4-磺酸的重氮化。
9.3 重氮化合物的反应
重氮化合物的反应常分为两类。 ① 一类是重氮基转化为偶氮基（偶合）或肼基（还 原），非脱落氮原子的反应。 ② 二类是重氮基被其他取代基所置换，同时释放出氮 气的反应。
反应实例
2 重氮基被氰基置换 重氮盐与氰化亚铜的复盐反应，重氮基可被氰基（-CN）置换， 生成芳腈：
乙基黄原酸钠 Sodium xanthogenate, or Sodium ethyl xanthate
S
3 重氮基被巯基置换
O
S Na+
重氮盐被低价含硫化合物还原，可使重氮基被巯基置换。
将冷的重氮酸盐水溶液倒入40～45℃的乙基黄原酸钠水溶液中，
式中X可以是Cl、Br、NO3、HSO4等。工业上常采用盐酸 2 注意事项 ① 重氮化反应，要始终保持反应介质对刚果红试纸呈 强酸性，如果酸量不足，可能导致生成的重氮盐与没 有起反应的芳胺生成重氮氨基化合物：
ArN2X + ArNH2 → ArN=NNH—Ar + HX 常用过量酸参与反应,如2.5-4 mol盐酸或1.5-3 mol硫 酸。
3 反加法 适用于两性化合物，即含—SO3H、—COOH等吸电子基 团的芳伯胺，如对氨基苯磺酸和对氨基苯甲酸等。 另外，易于偶合的芳伯胺重氮化，使重氮盐处于过量 酸中而难于偶合。
4 浓酸法
适用于碱性很弱的芳伯胺，如二硝基苯胺、杂环α-位
胺等。
5 亚硝酸酯法 将芳伯胺盐溶于醇、冰醋酸或其他有机溶剂（如DMF、 丙酮等）中，用亚硝酸酯进行重氮化。常用的亚硝酸酯 有亚硝酸戊酯、亚硝酸丁酯等。
2）偶合组分的结构 偶合组分主要是酚类和芳伯胺类。 若芳环上连有吸电子基时，反应难以进行； 连有供电子基时，可增加芳环上的电子云密度，反应容易进行。 偶合位置主要在酚羟基或氨基的对位。若对位已被占据，则反应 发生在邻位。对于多羟基或多氨基化合物，可进行多偶合取代反 应。分子中兼有酚羟基及氨基者，可根据pH值的不同，进行选 择性偶合。
第9章 重氮化、偶合反应
(Diazo and Coupling Reaction)
本章包括三个部分： 1 重氮化反应概述 2 重氮化反应（机理、影响因素、方法） 3 重氮化合物的反应（类型、机理、影响因素）
9.1 概述
一、重氮化反应及其特点 1 定义 芳伯胺在无机酸存在下与亚硝酸(HNO2)作用，生成重氮 盐(-N2+X-)的反应称为重氮化反应。 常用亚硝酸钠(NaNO2)作为亚硝酸的来源。反应通式为：
一 偶合反应 1 反应历程 重氮盐与酚类、芳胺作用生成偶氮化合物的反应称为 偶合反应。它是制备偶氮染料必不可少的反应。 反应机理为亲电取代反应。重氮盐作为亲电试剂，对 芳环进行取代。
2 影响因素 1）重氮盐的结构 芳环上连有吸电子基时，能增加重氮盐的亲电性，反应 活性↑； 反之，芳环上连有供电子基时，减弱了重氮盐的亲电性， 反应活性↓。
NO Cl
② 在稀硫酸中进行重氮化时，主要活泼质点是亚硝酸 酐（即三氧化二氮ON—NO2）：
NaNO2 H2SO4
NO OH
NO NO2
③ 在浓硫酸中进行重氮化时，主要的活泼质点是亚硝 酰正离子（NO＋）：
NO OH 2H2SO4
NO
2HSO4 H3O
上述各种重氮化活泼质点的活性次序是：
2 无机酸的用量和浓度 无机酸的用量和浓度与参与反应的芳胺结构有关。 理论上，酸的摩尔用量为芳伯胺的2倍， 实际上，根据芳伯胺的碱性不同，酸的摩尔用量为芳伯 胺的2.5倍或者3～4倍。
反应历程是N-亚硝化-脱水反应，简示如下：
二、反应影响因素 1．无机酸的性质 芳伯胺重氮化的反应速度主要取决于重氮化活泼质点 【亚硝酰正离子（NO+）】的种类和活性，无机酸的性 质、浓度在此起决定作用。
① 在稀盐酸中进行重氮化时，主要活泼质点是亚硝酰 氯（ON—Cl）：
NaNO2 HCl
NO OH
对氨基苯磺酸重氮化，后与2-萘酚-6-磺酸钠偶合得到。
酸性嫩黄G
NH2
N2 Cl
N aO3S
O
N N
C H3
H3C
N
N
N
N
HO
SO3Na
2．制备中间体 重氮盐还原制备苯肼中间体：
重氮盐置换得对氯甲苯中间体：
若用甲苯直接氯化，产物为邻氯甲苯（沸点159℃）和对氯甲苯 （沸点160℃）的混合物。二者物理性质相近，很难分离。
OH
NH2
HO3S
NH2
HO3S OH
SO3H NH2
HO3S CH3
CN
O
N
O
O
O
NH
OH
OH
NH2
SO3H
SO3H
O
R2
N N R1
9.2 重氮化反应
一、反应历程 重氮化反应是亚硝酰正离子（NO+）对芳伯胺的亲电取 代反应，得到亚硝胺（Ar-NH-N=O）中间体，酸化得到 重氮酸（Ar-N=N-OH ）,质子化，脱水得到重氮基。
② 严格控制亚硝酸钠的用量，稍微过量，常用淀粉— 碘化钾试纸检测，微过量的亚硝酸可将KI氧化为I2,使 淀粉显蓝色； 反应结束后，过量的亚硝酸通常加入尿素或氨基磺酸分 解，或少量芳胺，使之与过量的亚硝酸作用； 加入亚硝酸钠的速度要适当。
③ 重氮化反应是放热反应，必须及时移除反应热。一 般在0～10℃进行，温度过高，会使亚硝酸分解，同时 加速重氮化合物的分解。
与芳伯胺偶合时，在弱酸性或中性介质中进行，一般pH 为5～7。 重氮盐在酸性条件下较稳定，而芳伯胺是以游离胺形式 参与偶合。在弱酸性或中性介质中，游离胺浓度大，同 时重氮盐也不致分解，故有利于偶合反应。
氨基萘酚磺酸为偶合组分，介质的pH值对偶合位置影响。 ① 在碱性条件下，偶合主要在羟基的邻位发生； ② 在酸性条件下，偶合主要在氨基的邻位发生； 在羟基邻位的偶合速度比氨基邻位偶合速度快很多，所以可以 利用这一性质，对H酸进行两次偶合。首先在酸性介质中偶合生 成单偶氮化合物，然后在碱性条件下，进行二次偶合生成双偶 氮化合物。
二、重氮盐的结构与性质 1．重氮盐的结构 重氮盐的结构为：
Ar N N X
由于共轭效应影响，正电荷并不是完全集中在一个氮 原子上，而是有如下共振结构：
Ar N N X
Ar N N X
重氮盐的结构与不同pH值的关系
OH Ar N N X
H
重氮盐
OH Ar N N
H
OH
重氮酸
Ar N N O
重氮酸盐
重要的偶合组分有： 1 酚 如苯酚、萘酚及其衍生物等。 2 芳胺 如苯胺、萘胺及其衍生物等。 3 氨基萘磺酸 如H酸、 J酸、γ酸等。 4 活泼亚甲基化合物 如乙酰乙酰苯胺、吡唑酮、吡啶酮等。
OH
NH2
HO3S
NH2
HO3S OH
SO3H NH2
HO3S
CH3 CN
O
N
O
O
O
NH
OH
OH
NH2
SO3H
Ar N2
Y
Ar Y
N2
Y基团主要有—X、—CN、—OH、—H、—OR、—SH、 —S—S—、—NO2等。
1 重氮基被卤素置换 1）重氮基被氯或溴置换 Sandmeyer反应 在氯化亚铜或溴化亚铜催化下将重氮盐置换成氯、溴化合物的 反应称为桑德迈尔（Sandmeyer）反应。桑德迈尔反应是自由基 置换反应。