第八章_重氮化和重氮盐的反应

CN
CN
+
N NCl
8.2 重氮化反应
一、概述 二、重氮化反应历程 三、重氮化反应动力学 四、重氮化反应影响因素 五、重氮化方法
一、概述
课本定义不妥， “氨基化合物”
HCl、HBr、 H2SO4、HNO3等
1、定义
一般为0~10℃
芳香族伯胺在低温和强酸溶液中与亚硝酸钠作用，生成 重氮盐的反应称为重氮化反应（Griss反应）。
并于搅拌下慢慢加加入热N浓aN酸O2水溶溶解液，。
1、碱性较强的芳胺
加冰冷却析出，
特点：带供电基，铵盐稳定，不易迅水速解一为次游加离入胺Na。NO2溶液
方法：
铵盐溶于水：慢速正重氮法
NH2
NH2 OCH3
NH2 CH3
NH2 CH3
铵盐不溶于水：快速正重氮法 CH3
NH2
H2N
NH2
2、碱性较弱的硝基芳胺或多氯基芳胺
四、重氮化反应影响因素
1、芳胺碱性的影响 由反应历程及动力学知：碱性↑，利于N-亚硝化，Vr ↑。 但强碱性芳胺易与无机酸成盐，且盐不易水解，游离胺浓度 ↓， Vr↓。
C酸较小时，芳胺碱性强弱决定V r ，碱性↑，V r ↑； C酸较大时，铵盐水解难易决定V r，碱性↓，V r ↑。
2、无机酸性质的影响 无机酸不同，亲电质点不同，反应活性也不同。
HNO2
H+ + NO2-
2HNO2
H2O + N2O3
HNO2 + HCl
NOCl + H2O
ν(N2O3)=k1[ArNH2][HNO2]2 ν(NOCl)=k2[ArNH2][HNO2][H+][Cl-]
ν总=k1[ArNH2][HNO2]2 + k2[ArNH2][HNO2][H+][Cl-] (k2>>k1)
NHCOCH3
CH(CH3)2
NO2 NHCOCH3
①H2O,OH ②NaNO2,HCl
NO2 N2+Cl-
H3PO2,H2O
NO2
2、被羟基取代
加热芳香族重氮硫酸盐，即有氮气放出，同时生成酚，故 又称重氮盐的水解反应。
N+2HSO4- H2O,H+
OH + N2 + H2SO4
本法可以用来制备较纯的酚或用其它方法难以得到的酚。
O2N
Cl
O2N
Cl
氰基可以转变成羧基、氨甲基等，这在有机合成上很重要。
CH3
CH3
CH3
NaNO2,HCl 0~5 。 C
CuCN,KCN
NH2
+N2Cl-
CH3
CN
H2 Ni
H2O,H+ CH3
CH2NH2
COOH
二、保留氮的反应
1、还原反应
NH2
NaNO2 / HCl 0-5oC
+
N NCl
NH2 NO2 Cl
NO2
NH2 NO2
NO2
H3CO
S NH2
N
4、氨基磺酸或氨基羧酸
特点：（1）在酸性介质中易形成内盐沉淀；（不溶于酸） （2）可以溶于碱。
方法：碱溶酸析;反式重氮化法
将芳胺溶于Na2CO3或NaOH 水溶液，然后加入无机酸，
将芳胺和NaNO2混合物在良好搅拌下加 入到冷的稀盐酸溶液中。
重氮盐的水解反应是典型的单分子亲核取代反应(SN1)，
其反应历程如下：
N2+
+ + N2
+ + H2O
+
_ H+
OH2
OH
苯基正离子轨道图
+
重氮盐制备酚时，常在硫酸中进行，主要因为： 1）若采用盐酸溶液，体系中的Cl-可以作为亲核试剂 与苯基正离子反应，生成副产物氯苯。 2）水解反应中生成的酚容易与未反应重氮盐发生偶合反 应，硫酸可以抑制该反应，并提高了水解反应温度，使 水解反应更彻底。
CH3CH2OH
少量Zn粉
+ N2 + CH3CHO + HCl
还原剂
NH-NH2
去氨基还原时用的还原剂：
次磷酸，乙醇 （水相）
三正丁基锡(甲)烷，三乙基硅(甲)烷（有机相）
还原成肼时用的还原剂：
Na2S2O3 、Na2SO3、NaHSO3、 Na2S2O4 （保险粉）、
HCl+SnCl2 由于SnCl2能将硝基还原成偶氮基，因此常采用Na2SO3将带 有硝基的重氮盐还原成芳肼。
H3C
Cl
(70%~79%)
用铜粉代替氯化亚铜或溴化亚铜，也可得到相应 卤化物，此反应称为Gattermann反应。
CH3 NH2 NaNO2,HCl
CH3
N+2Br- Cu粉，
CH3 Br
加热重氮盐的碘化钾溶液，可以得到相应的芳基碘。
NH2
N+2Cl-
I
NaNO2,HCl
0~7
。 C
KI, 温热 74%~76%
8.3 重氮盐的反应
一、失去氮的反应
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱNu
1、重氮基被氢原子取代
2、重氮基被羟基取代
3、重氮基被卤素取代
4、重氮基被氰基取代
二、保留氮的反应 1、还原反应
δ+
N
NX
Nu
2、偶合反应
R
1
N N Nu
2
ArN2+
H3PO3(或C2H5OH)还原剂 脱氨基反应
ArH
(1)H2O (2)H2O,CuSO4催化
表1 不同无机酸中重氮化亲电质点
亚硝酸酐
无机酸 浓H2SO4 HBr
亲电质点
NO+
NOBr
活性
大
弱碱性芳胺重氮化时，
HCl NOCl
小
稀H2SO4 N2O3
应选用浓硫酸，与亚硝酸反应生成强亲电质点NO+。 若用盐酸，则需加入适量溴化钾，道理类似。
3、无机酸浓度的影响
低浓度阶段，铵盐易水解出自由胺， C酸↑，亲电质点↑， Vr↑。
析出很细的沉淀，再加入
NaNO2溶液。
NH2
采用反法
H2N
SO3H
SO3H
5、氨基偶氮化合物 特点：在酸中易形成醌腙体，无法重氮化。 方法：碱熔酸析；反式重氮化法。
NN
NH2
H
NH N
NH
HO3S
6、易被氧化的氨基酚类的重氮化
HO3S
邻位、对位氨基酚及其硝基、氯基衍生物：正重氮化法。 在无机酸中易被亚硝酸氧化成醌亚胺的氨基酚。 如：2-氨基-4，6-二硝基苯酚：碱溶酸析;顺式重氮化
电荷的不稳定的中间体。（速率控制步骤）
慢
H
ArNH2 N Cl
[ Ar N N O ] Cl
O
H
ArNH2
N ON 慢
H [ Ar N N O ]
NO2
OO
H
然后，不稳定的中间体转化为重氮盐。
H
Ar
+
N N=O
快
ArN+2 + H2O
H
三、重氮化反应动力学
ArNH2 + HCl
ArNH3+Cl-
ArN2+ + ArNH2 Ar-N=N-NHAr
如：
O2N
N2+
Cl
+
H2N
NO2
O2N
N=N HN
NO2
(黄色沉淀)
而且，当pH＞6时
重氮盐
重氮酸
pH＝7～11 顺式重氮酸盐 反式重氮酸盐
pH＞12 亚硝胺
（2）NaNO2微过量
作用： 防止生成重氮氨基化合物。
检测方式： 2 HNO2+ 2 KI+ 2 H2O
ArOH
ROH, 干燥的重氮盐与醇共热
ArOR
NaOH,Ar'H Gomberg反应
Ar Ar'
KSSCOC2H5 乙基黄原酸钾
Ar SCSOC2H5 KOH
Ar SK
H+
Ar SH
ArN2+
桑德迈耳反应和盖特曼反应
HCl,Cu2Cl2 Sandmeyer反应
HBr,Cu2Br2 Sandmeyer反应
（4）低温反应 控制在0～10℃，防止因反应放热 升温引起一系列分解反应。
HNO2
H2O+NO
Ar N N OH
Ar N2 OH
3、用途
（1）定位
（2）合成具有特殊性能化合物
偶氮染料
Ar-N2+X- + Ar’-NH2 Ar-N2+X- + Ar’-OH
偶合 偶合
Ar-N=N-Ar’-NH2 Ar-N=N-Ar’-OH
1-羟基-2-萘酚-4-磺酸：中性水溶液中，CuSO4催化
7、二胺类化合物的重氮化
邻二胺类：一个氨基先被重氮化，该重氮基又与未重氮化 的氨基作用，生成不具有偶合能力的三氮化合物。
间二胺类：很容易发生重氮化及偶合反应。
对二胺类：用正重氮法可顺利地将一个氨基重氮化，得到 对氨基重氮苯。 重氮基为强吸电子基，可 减弱另一个氨基的碱性， 难发生重氮化
Cl
OH NO2
3、被卤原子取代
在氯化亚铜的盐酸溶液作用下，芳香族重氮盐分解，放出 氮气，同时重氮基被氯原子取代。该反应称Sandmeyer反应。 (若用溴化重氮盐和溴化亚铜，则得到相应溴化物，用CuI或 CuF无法进行此反应)
H3C
NH2
NaNO2,HCl 。
H3C
0C
N2+Cl-
CuCl HCl
第八章 重氮化和重氮盐的反应
8.1 概述 8.2 重氮化反应 8.3 重氮基的转化反应
8.1 概述
两个烃基分别连在-N=N-基两端的化合物称为偶氮化合 物。通式为：R-N=N-R’
如果-N=N-基只与一个烃基相连，而另一个基团不是烃 基，这样的化合物称为重氮化合物。
(CH3)2C N N C(CH3)2
特点：（1）带一个强吸电基或多个-Cl； （2）难成铵盐，且铵盐难溶于水； （3）易生成游离胺； （4）反应速度快。
方法：快速正重氮法
NH2 NO2
CH3 NO2
NH2
NH2 Cl
Cl
3、弱碱性芳胺
特点：（1）有两个或两个以上强吸电基； （2）不溶于稀酸而溶于浓酸或有机溶剂。
方法：以浓H2SO4或CH3COOH为介质； 亚硝酰硫酸法（NO+HSO4-)。
酸的作用:
2H2O
①溶解芳胺：ArNH2 + HCl
ArNH3+Cl-
②产生新生的HNO2：HCl + NaNO2 HNO2 + NaCl
③维持反应介质强酸性，防止生成重氮氨基化合物
pH>4时
自我偶合反应，不可逆。补 加酸液也无法使之转变为重 氮盐，从而使重氮盐的质量
变坏，产率降低。 (重氮氨基化合物)
COOH 溴化 Br
NH2
例3:
CH(CH3)2
COOH Br 重氮化 Br
NH2 Br
COOH Br
N2+ Br
次磷酸 H3PO3 Br
COOH Br
Br
CH(CH3)2
CH(CH3)2
CH(CH3)2
①HNO3,H2SO4, ②Fe,HCl,
(CH3CO)2O
NH2
CH(CH3)2
HNO3,H2SO4
Ar-N2+X-
NaSO3, NaHSO3 还原
Ar-NHNH2
ArN2X- 重氮基转化 ArY Y=F, Cl, Br, I, CN, OH, H等
二、重氮化反应历程
以稀盐酸介质中的反应为例。
重氮化反应是自由芳胺经过亚硝化阶段而生成重氮盐的。 首先，亲电试剂亚硝酰化合物与自由芳胺作用，生成带正
KI（直接加）
ArCl ArBr
ArI
Na2Cu(CN)4NH3（四氰氨络铜钠盐） Na[Cu(CN)2]（氰化亚铜络盐） ArCN
BF4 Schiemann反应
ArN2+ BF4
ArF
一、放出氮的反应
1、被氢原子取代（即脱氨基反应）
ArN+2Cl- + H3PO2 + H2O
Ar_H + H3PO3 + N2 + HCl
可以通过Schiemann反应将氟原子引入芳环。
N+2Cl-
N+2BF4-
CH3
HBF4 或NaBF4
CH3 F
①过滤，干燥 ②
+ N2 + BF3
CH3
被卤素取代反应的应用
4、被氰基取代
通过Sandmeyer或Gattermann反应，重氮基也可被氰基取代。
N+2HSO4- CuCN,KCN
CN
Ar_H + CH3CHO + N2 + H2SO4
次磷酸的效果好于乙醇。此反应在有机合成上有重要的用途， 当用一般取代方法不能将取代基引入目的位置时，可用此法。
NH2
NH2
N2Cl-
例1:
3Br2 Br
Br NaNO2，HCl
Br
Br
H2O
0~5
。 C
Br
Br Br
Br
H3PO2，H2O
Br
例2:
高浓度阶段，铵盐不易水解出自由胺， C酸↑，虽然亲电质点↑ ， 但C自由胺↓，Vr↓。
4、温度的影响
0~10℃，以防亚硝酸、重氮化合物分解。 可根据重氮盐的稳定性确定反应温度：
对氨基苯磺酸，10~15℃重氮化， 1-氨基萘-4-磺酸，35 ℃以下重氮化。
先将芳胺溶于稀的无机酸水溶液，冷却
五、重氮化方法
例1:
Cl
Cl
HNO3,H2SO4 Cl
NO2
NH2
Fe,HCl
Cl
Cl
N2HSO4
OH
NaNO2,H2SO4
0~5
。 C
Cl
例2:
H2SO4,HNO3 硝化
Cl 稀H2SO4 Cl
Cl
NO2 Na2S2
NH2
部分还原
NO2
NO2
H2SO4,NaNO2 重氮化
N2+ HSO4 NO2
H+,H2O, 水解
0.5~2S
使淀粉碘化
I2+2 KCl +2H2O +2 NO
钾 试 纸 变蓝
亚硝酸的存在影响下一步反应进行，需除去。
亚硝酸去除方法：
O H2N C NH2 HNO2
H2NSO3H HNO2
氨基磺酸
尿素
CO2
N2
H2SO4 N2
3H2O H2O
（3）重氮盐不稳定
干燥的重氮盐不稳定，易分解。 受热或震动易爆炸。 （四氟硼酸盐除外）
ArNH2 2HX NaNO2
ArN2+X- NaX 2H2O
如：
NH2
N+2Cl-
OCH3+ NaNO2 + HCl 0。C
OCH3
2、特点 （1）酸要过量
ArNH2 2HX NaNO2
ArN2+X- NaX
理论量：n(HX):n(ArNH2)=2:1 实际比: n(HX):n(ArNH2)=2.5～4 : 1