重氮化和偶合反应

1、重氮化重氮化和偶合反响是重要的有机合成反响，在精细化工中有很重要的地位，该类反响在染料合 成中应用很广，是两个主要的工序。可合成酸性、冰染、直接、分散、活性、阳离子等类型的染料， 还可合成各类黄色、红色偶氮型有机颜料。一.重氮化和重氮化合物1.重氮化反响及影响因素芳香族伯胺和亚硝酸作用生成重氮盐的反响称为重氮化。重氮化反响要在强酸中进展，实际上是亚硝酸作用于铵离子。由于亚硝酸不稳定，通常使用亚 硝酸钠和盐酸或硫酸，使反响生成的亚硝酸马上与芳伯胺反响，避开亚硝酸的分解。为了使反响能 顺当进展，必需首先把芳伯胺转化为铵正离子。芳胺的碱性较弱，因此重氮化要在较强的酸中进展。有些芳胺碱性格外弱，要用特

2、别的方法才能进展重氮化。重氮化是放热反响，重氮盐对热不稳定，因此要在冷却的状况下进展，一般都用冰盐浴冷却， 并调整亚硝酸钠的参加速度，维持反响温度在0四周，由于重氮盐不稳定，一般就用它们的溶液， 随做随用。固体重氮盐遇热或震惊、摩擦，都将发生爆炸，必需应用某些稳定性好的固体重氮盐时， 也需慎重留神。自重氮化反响觉察以来，人们为了弄清楚其反响的影响因素，对重氮化反响的机理进展了反 复争辩，已普遍承受了重氮化反响的亚硝化学说即重氮化反响是由亚硝酸产生的亲电质点对游离芳伯胺基进展亲电取代反响的机理，其反响的主要影响因素如下。酸的影响酸的影响主要考虑酸的种类、用量及浓度的影响。重氮化所用的酸，从反响速

3、度来说，以盐酸或氢溴酸等最快，硫酸与硝酸较次。由反响式可以 2 摩尔，在反响中无机酸的作用是：首先是使芳胺溶解，其次可和亚硝酸钠生成亚硝酸，最终是生成稳定的重氮盐。重氮盐一般来讲是简洁分解的,只有在过量的酸液中才稳定， 所以重氮化时实际上酸用量过量很多，常达34PH3，对刚果红试剂呈蓝色，重氮化过程经常检查介质的PH 值是格外重要的。反响时假设酸量缺乏，生成的重氮盐简洁和未反响的芳胺偶合，生成重氮胺基化合物。这是一种自偶合反响，是不行逆的。一旦重氮胺基物生成，即使再补加酸液，也无法使重氮胺 基物转变为重氮盐，从而使重氮盐的质量变差，产率降低。在酸量缺乏的状况下，重氮盐还易分解， 温度愈高，分解

4、愈快。酸的浓度的影响主要考虑使芳胺形成铵离子的力量、铵盐水解生成游离的芳胺以及亚硝酸的电离几个方面。另一方面，反响中还存在着亚硝酸的电离平衡。酸浓度的增加可抑制亚硝酸的电离而加速重氮化。一般来讲当无机酸浓度较低时，这一影响 是主要的，而降低游离胺的浓度的影响是次要的，此时随酸的浓度增加，重氮化速度增加。但随着酸浓度增加，使芳胺形成铵离子的影响渐渐变为主要的，这时连续增加酸的浓度便降低游离胺的浓度，就使反响速度下降。不同的反响物及浓度的影响1 12 页对不同的反响物，重氮化的难易程度亦不同。苯胺、萘胺以及芳环上含有给电子基团的芳胺， 重氮化可以在稀的无机酸的溶液中反响，在0四周，参加等当量的亚硝

5、酸钠和 34 摩尔的无机酸即可。假设芳胺环上有吸电子基团，比方硝基苯胺，溴代苯胺等，它们的碱性较弱，它们的盐，特 别是硫酸盐，在水中的溶解性较小。在重氮化时，可以把它们和稀酸一起加热使之溶解，随即快速 搅拌冷却到 0，这样可得到铵盐的细结晶，便于进展重氮化。还可以把这些胺和亚硝酸钠在水中调成糊状，渐渐参加到冰冷的稀酸中来进展重氮化，这些重氮化物的稳定性相对好一些。例如氨基苯甲酸或氨基萘磺酸等的重氮化，可以将它们的铵盐先溶于水里，和等当量的亚硝 酸钠水溶液混合起来，渐渐滴加到冰冷的无机酸里。此时无机酸的用量，固然要在四个当量以上。对于碱性很弱的芳胺，如 2，4-二硝基苯胺、2，4，6-三溴苯胺，

6、以及杂环-位胺等，重氮化必需在强酸中进展。既把它们溶解在浓硫酸或浓磷酸中，用固体亚硫酸氢钠或亚硫酰硫酸进展重氮化，再稀释后使用。另一个方法是以冰醋酸或甲醇、乙醇为溶剂，参加二当量的浓硫酸，用亚硝酸乙酯丁酯、戊酯进展重氮化，用这个方法制成的重氮盐，可以参加大量乙醚，使其从醋酸溶液中析出，再用水溶解，能得到较纯的重氮盐。二元芳伯胺的重氮化，要看两个氨基的相对位置不同而发生不同的反响。羟基苯胺也与二元苯胺类似，邻位异构体也是环状偶合体，但这个环不如三唑环稳定。间位对位的酚胺与亚硝酸反响，不易得到可用的重氮盐。间羟基苯胺可在氟硼酸中重氮化。与羟基类似的巯基，对氨基重氮化的影响，也和羟基类似。2 12

7、页由上可见对于不同的反响物，其重氮化的难易程度也不同，对于一样的反响物，其重氮化反响 还要考虑浓度和加料速度的影响。假设反响物浓度太大，反响剧烈，温度难把握，简洁由于局部温度高而造成局部重氮化合物分解；假设太小，反响速度过慢，反响不完全。一般状况是，反响完毕溶液总体积为胺量的 1012 倍。加料速度影响反响温度和反响液中亚硝酸的量。亚硝酸量太多促使重氮化合物分解；加料太慢，生成重氮胺基化合物的可能性增加。芳胺的碱性在重氮化反响中，芳胺存在以下两种碱性平衡：当酸度肯定时，碱性较强的芳胺，一方面较易生成Ar-NH-N=O,对重氮化有利；另一方面，由ArNH+较稳定，较难解离出ArNHAr-NH-N

8、=O32成和游离胺的影响是冲突的，统一的方法是调整酸度。酸度较低时，平衡以上式为主，碱性强的芳胺易反响；酸度较高时,平衡以下式为主，碱性弱的芳胺易解离出胺，对重氮化有利，碱性很弱的芳胺易在浓硫酸中反响。温度由于重氮化反响是放热反响，而重氮盐的热稳性很差，重氮化反响大多在低温下进展，重氮 化反响的温度主要打算于芳胺的碱性和重氮盐的稳定性。一般来说，碱性较强的芳胺，重氮化反响温度低；碱性弱，其重氮盐较稳定的芳胺，可适当提高温度以加速反响。重氮化反响一般在较低温度下进展这一原则不是确定的。在间歇反响锅中重氮化反响时间长，应保持较低的温度，但在管道中进展的重氮化时，反响中生成的重氮盐很快转化，因此重氮

9、化反响可在较高温度下进展。重氮化反响的分析重氮化反响的分析主要是承受化学法来把握反响进程，由于重氮化反响必需有少量亚硝酸的 存在，检验亚硝酸的方法是碘化钾-淀粉法：在无机酸存在下，亚硝酸和碘化钾反响，析出的碘使淀粉变蓝。1015分钟后进展。重氮化合物重氮化合物具有以下性质(1).水溶性和电离性重氮盐多半溶于水只有少数杂酸盐和复盐不溶，溶于水的重氮盐电离出ArN=N+正离子和酸根 负离子。重氮化后，水溶液是否清亮作为反响正常与否的标志。也有一些重氮盐难溶于水，如氟硼 酸盐、氟磷酸盐、1，5-萘二磺酸盐、氯化锌复盐、氯化汞复盐等。重氮盐与氢氧化银作用，生成碱性与苛性碱相当的重氮碱。(2).稳定性重

10、氮盐的稳定性与芳环中的取代的基团有关，未取代的或有烷基取代的重氮盐很不稳定，遇热或摩擦、冲撞，都能引起爆炸，只可用它们的水溶液在0左右进展合成。具有吸电子基团的重3 12 页氮盐，虽然它们比较难于形成，但是稳定性却较好，重氮化时温度可较高，使用时也可在室温进展。但仍使用它们的水溶液进展反响，这是由于光和热都能促进重氮盐分解，大多数干品在受热或震惊 时易爆炸，所以不用枯燥盐类。只有那些稳定的杂酸盐和复盐，才能在合成上直接应用。氯化对硝基重氮苯对光特别敏感，在重氮化过程中，最好避光保存。溶液的酸度对重氮盐的稳定性也有明显的影响。例如对硝基苯的重氮盐在5，PH 为 6.54780%，而在同样条件下，

11、PH5.14%。(3).化学活泼性重氮盐的化学性质很活泼，可与多种试剂反响，最主要的是发生亲核取代反响。例如二.偶合和偶氮化合物1.偶合反响概述偶合反响是指重氮盐与含活泼氢原子的化合物发生的以偶氮基取代氢原子的反响。如这一反响 是重氮正离子的亲电取代反响，不管A-H 是芳香族或脂肪族化合物，只要A 有足够的电子云，都可发生亲电取代反响。反响时重氮盐正离子进攻偶合组分核上电子云较高的碳原子，形成中间产物， 这是一步可逆反响。该中间产物快速失去一个氢质子，不行逆地转化为偶氮化合物。芳胺和酚的偶合反响芳胺和酚的对位和邻位电子云密度较大，易发生偶合反响，但一般仅进攻对位，这是由于重氮正离子受羟基或氨基

12、的位阻影响，不易对邻位进攻。假设对位被其它基团占据，则视该基团的性质，或进入其邻位，或是芳偶氮基取代该基团-SO3H，-COOH，生成对羟基偶氮化合物。假设对位和两个邻位均被占据，则不发生偶合。由各种酚和芳胺经重氮盐形成的偶合化合物，颜色明媚，经常做染料使用，称为偶氮染料。以上反响是偶氮染料化学的根本反响，酚和重氮盐的偶合，必需在弱碱性溶液中进展。在强酸性的溶液中，偶合反响一般不发生。4 12 页在弱酸性介质中，重氮组分与芳胺反响有三种状况：(1).与芳环活性强的胺，如间甲苯胺、间苯二胺、N，N-二甲基苯胺、-萘胺等反响，直接生成偶氮化合物。与芳环活性弱的胺，如苯胺，对甲苯胺、邻甲苯胺、N-甲

13、基苯胺等反响，先生成重氮胺基化合物，然后在肯定条件下重排为偶氮化合物。与易生成难重排的重氮胺基化合物的伯胺偶合时，应将氨基保护起来，待偶合反响完成后再把它水解释放出来。保护氨基常用的方法是：苯二胺酚4-位。假设 4-位被6-位。萘系化合物的偶合反响-萘胺酚作偶合组分时，偶氮产物主要在4-42-位: (2).-萘酚胺作偶合组分时，芳偶氮基进入-位。假设-位被占据，一般不发生偶合或在个别状况下发生偶合时，-位原基团脱掉。-萘酚胺磺酸作偶合组分时，芳偶氮基进入的位置和磺酸基所在位置有关。当磺酸基在羟基氨基3，45-位时，芳偶氮基总是进入羟基氨基的邻位。 芳偶氮基进入的位置打算于介质的PH氨基萘酚磺酸

14、中，H-酸是最重要的偶合组分，偶合产物与偶合方式有关。5 12 页脂肪族化合物重氮盐的偶合反响重氮盐的偶合反响，不仅芳胺和酚可以发生，很多脂肪族化合物中含有活泼氢原子的，也可以和重氮正离子起偶合反响，生成偶氮化合物，或是异构体腙。以硝基甲烷为例，在弱碱性溶液中，苯基重氮盐可以同它偶合，生成偶氮化合物A，A 随即异构化成B。BC。A 偶氮式到B使分子产生断裂水解，以取得氢原子，再从偶氮式AB由上例可以看出，脂肪族化合物的重氮化更易形成腙。羰基、羧基、氰基、硝基、砜基等均能使它们的-位氢原子活化，与重氮盐反响。-二酮、-酮酯、丙二酸酯等更简洁和重氮盐进展偶合反响。甚至杂环化合物的-甲基、2，4，6

15、，- 三硝基甲苯的甲基等，这些甲基上的氢原子也有足够的活性，能和重氮盐进展反响：炔类共轭双烯和茚，都有足够活性的氢原子进展这类反响6 12 页假设芳伯胺的氨基邻位带有可以和重氮盐偶合的基团，这个芳伯胺在重氮化时就会自行关闭形成杂环化合物。偶合反响的影响因素由于重氮盐一般都在水中制备，因此偶合反响一般也在水中进展。在水中很难溶解的脂肪族 化合物可以加一些乙醇、吡啶或是醋酸。假设重氮盐很活泼，像二硝基苯重氮盐之类，偶合反响也可在冰醋酸中进展。硝基化合物可以形成假酸式的盐，因此，在碱性溶液中较易溶解，-二酮、-酮酯等也可 形成烯醇，在碱性溶液中，也有肯定的溶解度。其它具有活泼氢的化合物，也能或多或少

16、的在碱性溶液中溶解。同时偶合反响产生等当量的酸，因此偶合反响在碱性介质中进展较适宜。但是重氮盐在强碱中能发生一系列的变化，反而不能偶合。最正确的反响条件是以醋酸钠缓冲的弱碱性介质。重氮盐的偶合，一般都在0左右，这样可以避开重氮盐的分解。但有些反响，特别是分子内偶合形成杂环的反响，速度较慢，经常需放置几天，自然室温放置比较便利。在这种状况下，由于 以在苯环上带有硝基、磺酸基等的重氮盐比较稳定，可在室温下保存，用这些重氮盐更适宜。下面具体争辩影响偶合反响的因素。(1).芳环上的取代基重氮盐芳环上的取代基由于偶合反响是亲电取代反响，因此重氮盐芳核上的吸电子取代基对偶合反响起活化作用， 反之芳核上有给

17、电子取代基时则使偶合活性降低。各种对位取代基的苯胺重氮盐与酚类偶合时，相对活性见表7-4-01。7-4-01 各种对位取代基的苯胺重氮盐与酚类偶合时的相对活性数据对位取代基团NOSOBrH23CHOCH33相对速度1301313100.40.1偶合组分芳环取代基7 12 页当偶合组分芳环上有供电子取代基时如存在-OH、-NH 、-OCH 等增加芳环上电子云密度，23使偶合反响更易进展。重氮盐常向电子云密度较高的取代基邻位或对位碳原子进攻。当有吸电子基时如-Cl、-SOH、-NO 等偶合反响便不易进展。32当偶合组分发生反响的碳原子四周的空间位阻较大，则偶合反响速度减慢。例如：A、BC、D介质的

18、PH试验证明，偶合反响速度与重氮离子和酚氧离子或游离胺的浓度成正比，而它们的浓度与介质的酸度有关。这些在溶液中相互转化的局部都属于重氮化合物随介质的PH 变化而转变其组成。在偏酸条件下，主要成分是重氮盐，有利于重氮离子的生成；在偏碱条件下，主要成分是重氮酸盐，有利于重氮酸负离子的形成，而不利偶合反响。反响温度040不等，015。偶合反响进展时，同时发生重氮盐分解的副反响，生成焦油状的物质。偶合反响的活化能E14.217.2/克分子。重氮盐分解反响的活化能E偶合22.833.2重氮盐分解千卡/克分子，故E E1022.4重氮盐分解偶合.分解速度增加 3.15.3 倍。可见选择并把握适宜的温度对偶

19、合反响是很重要的。盐效应反响介质中电介质对反响速度的影响称为盐效应。假设A、B 二离子反响时，参加的电介质的浓度为 C，在溶液中电介质解离成离子的正负电荷数为Z,，则A、B 二离子反响速度常数和参加电介质浓度之间的关系为：logK=logK+1.02ZZI0.50A B式中：K0K电介质浓度为CI电介质离子强度=1/2CZ2Z Z 离子A，BA， B8 12 页偶合反响是重氮盐和偶合组分别子间发生的反响。偶合时参加电介质，它对反响速度的影响视重氮盐和偶合组份所带电荷而定。在食盐存在下进展偶合，假设重氮盐及偶合组分所带电荷一样，则能加速偶合的速度。食盐的 存在一般对重氮盐的分解速度影响不大。偶合

20、时间因速度增加而削减，重氮盐的分解反响则随反响 时间的削减而实际上被抑制，这对工业生产是有利的。例如在生产酸性媒介黑时，偶合时参加食盐， 可削减反响时间，增加产量，降低本钱。催化剂的影响当因空间位阻使偶合反响不易进展时，参加催化剂吡啶，常有加速反响的效果，如对氯苯胺 重氮盐和 2-萘酚-6，8-二磺酸的偶合反响，而对1-磺酸-4-萘酚，则反响速度正常，不受吡啶影响。前者由于空间位阻，生成的活化中间物因空间位阻很不稳定，简洁分解成原来的反响物质。由于活 化中间物的浓度小，在反响过程中其浓度可以当作不变，催化剂吡啶的存在，有利于帮助活化中间 物脱去氢质子转化为反响产物，加速了整个反响。催化剂一般为

21、碱性物质如吡啶，有时溶剂水分子 也有催化作用。偶合反响的分析把握偶合反响的把握主要是通过测定重氮盐和偶合组分来实现，一般要求在反响终点重氮盐消逝， 偶合组份只有微量。以苯胺重氮盐和G 盐的偶合为例：用玻璃棒蘸反响液滴于滤纸上，染料沉淀的四周生成无色润圈，其中溶有重氮盐或是偶合组份。以对硝基苯胺重氮盐溶液在润圈旁点一滴，也 生成润圈。假设有G 盐存在，两润圈相交处生成橙色。同样以H 酸试液检查，假设生成红色，则表示有苯胺重氮盐存在。如此每隔数分钟检查一次，直至重氮盐完全消逝，反响中仅余微量偶合组份为止。有时重氮 盐本身具有深色，溶解度不大，而且偶合很慢，假设用一般指示剂往往得不到明确的表示。在这种状况下，承受更活泼的偶合组分如间苯二酚、间苯二胺作为指示剂。假设生成的染料溶解度太大，滴在滤纸上不能得到无色润圈，则可在滤纸上先放一小堆食盐，将反响液滴在