重氮化以及重氮基的转化反应

Ar-N2+X- + Ar’-NH2
Ar-N2+X- + Ar’-OH
偶合
偶合
Ar-N=N-Ar’-NH2
Ar-N=N-Ar’-OH
Ar-N2+XArN2 X-
NaSO3, NaHSO3
还原
Ar-NHNH2
重氮基转化
ArY Y=F, Cl, Br, I, CN, OH, H等
重氮化反应
反映历程
反应动力学证明，芳伯胺在无机酸中用硝基酸钠进行 重氮化时，重氮化的主要活泼质点无机酸的种类和浓 度有密切关系。
它们与无机酸生成易溶于水而难以水解的稳定铵盐。重 氮化时酸量不宜过量太多，否则溶液中游离芳胺存在量过 少，影响反应速度。重氮化时通常先将芳胺溶于稀的无机 酸水溶液，冷却并于搅拌下慢慢加入亚硝酸钠的水溶液， 称为正法重氮化。
碱性较弱的芳胺 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）铵盐易水解生成游离胺； （4）反应速度快，易生成副产物。 方法：快速正法重氮化法
a.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 ON—OH + HCl ON—OH + NaCl ON—Cl + H2O
b.在稀硫酸中进行重氮化时如果加入少量NaBr或KBr，则主要活 泼质点是亚硝酰溴（ ON—Br ）：
NaBr + HCl ON—OH + HBr NaCl + HBr ON—Br + H2O
表 不同无机酸中重氮化亲电质点
无机酸 亲电质点 活性 浓H2SO4 NO+ 大 HBr NOBr HCl NOCl 稀H2SO4 N 2 O3 小
重氮化反映历程是N—亚硝化—脱水反映，可简单表示 如下：
+ON+
H
+ON—Br
H
—Br
Ar
慢
N-亚硝化
N H
O A r N N H
快
—H2O
N N A r
根据重氮盐的性质不同，桑德迈尔反应有两种操作 方法。一种是将亚铜盐的氢卤酸盐溶液加热至适当温度， 然后缓慢滴入冷的重氮盐溶液，滴入速度以立即分解放 出氮气为宜。这一操作使亚铜盐始终对重氮盐处于过量 状态。适用于反应速度较快的重氮盐。另一种是将重氮 盐溶液一次加入到冷却的亚铜盐与氢卤酸溶液中，低温 反应一定时间后，再缓慢加热使反应完全。这种方法使 重氮盐处于过量，适用于一些配位和电子转移速度较慢 的重氮盐。 另外，也可以将铜粉加入到冷的重氮盐的氢卤酸水 溶液中进行重氮基被氯或溴的置换反应，这个反应称盖 特曼（Gattermann）反应。
硝酸所氧化，因此它的重氮化是在醋酸中进行的，醋
酸是弱酸，与亚硝酸钠作用徐徐放出亚硝酸，并立即 与此类化合物作用，可避免氧化作用的发生。
NH2 OH NaNO2 CH3COOH SO3H N＝N O
SO3H
2 重氮基的转化反应
重氮基的反应
δ+
N R
N X
1 2
Nu
①保留氮的重氮基转化反应
②放出氮的重氮基转化反应
+ Ar'_OH
耦合组分
Ar_N=N_Ar'_OH + HX
偶合组分：
（1）酚类：
OH
OH OH 偶合组分中同时含 CONH 有氨基合羟基时， R 则在酸性偶合时， 偶氮基进入氨基的 邻对位；在碱性偶 合时，偶氮基进入 羟基的邻对位。
NH2
（2）胺类
（3）氨基萘酚磺酸
NH2OH HO3S SO3H
c.在稀硫酸中进行重淡化时，主要活泼质点是亚硝酸酐（ON— NO2 ）：
2ON—OH ON—NO2 + H2O
d.在浓硫酸中进行重氮化时，则主要活泼质点是亚硝基正离子 （ ON+ ）：
ON—OH + 2H2SO4 ON+ + 2HSO4— + H3O+
总结：上述各种质点的活泼性次序依次是： ON+ > ON—Br > ON—Cl > ON—NO2 > ON—OH
NH2 NO2
CH3 NO2 NH2
Cl NH2 Cl
重氮化时把芳胺溶于浓度高的热无机酸中，然后加冰冷 却，析出极细的芳胺沉淀，迅速一次加入亚硝酸纳溶液。 为使重氮化完全，避免副反应发生，要有过量的亚硝酸和 足够量的无机酸。
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。 方法： 反式重氮化。
ArNHNH2 HCl
芳肼盐酸盐
NHNH2
NHNH2
NHNH2 Cl
NHNH2 Cl SO3H
Cl
SO3H
重氮盐的偶合反应
重氮盐与芳环、杂环或具有活泼亚甲基的 化合物反应，生成偶氮化合物的反应。
偶合反应历程
Ar N N Cl - + Ar'_NH2
_
+
Ar N
重氮组分
_+
. N.X -
Ar_N=N_Ar'_NH2 + HX
R—NH2 + NaNO2 + 2HX
RNH2 HCl NaNO2
R—N2+X—+ NaX + H2O
ROH N2 NaCl
重氮化反应得用途
由重氮化反应制备的重氮化合物通过耦合反应可合 成一系列偶氮染料，同时重氮耦合物通过重氮机的 转化可以制备出许多重要中间体，在精细有机合成 中应用比较广泛，因此重氮化反映的应用十分广泛。
重氮基被氢置换——脱氨基反应
还原剂：乙醇、丙醇、次磷酸 反应历程：游离基反应
用次磷酸还原时：
用已醇、丙醇还原时：
讨论：①用重氮盐的盐酸盐或硫酸盐均可。 ②用H3PO2＋H2O作还原剂较好，无副产物。 ③用C2H5OH作还原剂时，有副产物C6H5OC2H5生成， 若用CH3OH时，则主要生成苯甲醚：
R—NH2 + NaNO2 + 2HX
ArN2+X- NaX 2H2O
R—N2+X—+ NaX + H2O
HX＝HCl、HBr、浓H2SO4、稀H2SO4 、HNO3 等
注
脂肪族伯胺类与亚硝酸作用生成的重氮盐极不稳定， 易分解放出氨气，形成碳正离子，发生亲核取代反 应，生成伯醇，还可以发生重拍与加成副反应生成 仲醇、卤代烷和烯烃化合物，由于产品很复杂，在 有机合成中脂肪族重氮化合物反映之际意义不大， 没有实用价值。
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芳环上有吸电基时，有利于重氮盐端基正氮离子与[CuC12]的结合，而加快反应速率。 p-NO2 ＞p-Cl＞H＞p-CH3 ＞p-OCH3
桑德迈尔反应是自由基型的置换反应。一般认为重氮盐正离 子先与亚铜盐负离子形成配合物；
反应所需卤化铜催化剂通常需要新鲜制备，用量一般为重 氮盐的1/5～1/10（化学计算量）。也可用铜粉与卤化氢代 替卤化亚铜，这种改良反应称为盖特曼（Gatterman）反 应。 然后配合物经电子转移生成芳自由基Ar• ； 反应温度一般要求40～80℃，有些反应也可在室温下进行。 反应中常加入适量无机卤化物，使卤离子浓度增加，但需 保持较高酸性，以加速卤置换反应，提高收率，减少偶氮、 联芳烃及氢化副产物。 最后芳自由基Ar•与CuCl2反应生成氯代产物并重新生成催化 剂CuCl。
> H3C－
N＝N > CH3O－
N＝N
偶合组分：芳环上取代基的性质，对偶合活泼性具有显著的影 响。在芳环上引入供电子取代基，增加芳环上的电子云密度，可 使偶合反应容易进行，当酚及芳环上有吸电子取代基－Cl、－ COOH和－SO3H等存在时，偶合反应不易进行，一般需用偶合 活泼性较强的重氮盐进行偶合。
N N Nu
Nu
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 反映类型
重氮基还原成肼基
重氮盐的偶合反应 重氮基被氢置换——脱氨基反应
重氮基被羟基置换——重氮盐的水解
重氮基被卤原子置换 重氮基被氰基置换 重氮基被含硫基置换 重氮基被含碳基置换
重氮基还原成肼基
在亚硫酸盐和亚硫酸氢盐1:1的混合物的作用下，重氮盐可 以还原芳肼。
重氮基被卤原子置换
重氮基被氯或溴置换
在氯化亚铜或溴化亚铜的存在下，重氮基被氯或溴置换的 反应称作sandmeyer反应，这个反应要求芳伯胺重氮化时所 用的卤氢酸和卤化亚铜分子都与要引入到芳环上的卤原子 相同。例如：
+ ArNH2 NaNO2/HCl Ar_N N Cl - CuCl/HCl Ar_Cl + N2
Ar－N2+XH
慢
Ar+ + X- + N2↑
H
Ar
+
O H
Ar
O H
Ar OH
+ H
注意一：由于芳正离子非常活泼，可与反应液中其他亲核试剂 相反应。为避免生成氯化副产物，芳伯胺重氮化要在稀硫酸介 质中进行。为避免芳正离子与生成的酚氧负子反应生成二芳基 醚等副产物，最好将生成的可挥发性酚，立即用水蒸气蒸出。 或向反应液中加入氯苯等惰性溶剂，使生成的酚立即转入到有 机相中。 注意二：为避免重氮盐与水解生成的酚发生偶合反应生成羟基 偶氮染料，水解反应要在40%～50%浓度的硫酸中进行。通常 是将冷的重氮盐水溶液滴加到沸腾的稀硫酸中。温度一般在 102～145℃。 重氮盐的水解反应的用途：用其他方法不易在芳环上的指定 位置引入羟基时，可考虑采用重氮盐的水解。
重氮化方法
根据所用芳伯胺化学结构的不同和所生成的重氮盐的性质的不 同，需要采用重氮化的方法，下面叙述几种常用的重氮化的方 法 碱性较强的芳胺（一元胺和二元胺） 碱性较弱的芳胺