基礎信息
重氮化反應
diazo-reaction
例如: 脂肪族、芳香族和雜環的一級胺都可進行重氮化反應。通常,重氮化試劑是由 亞硝酸鈉與 鹽酸作用臨時產生的。除 鹽酸外,也可使用硫酸、過氯酸和 氟硼酸等 無機酸。 脂肪族 重氮鹽很不穩定,能迅速自發分解;芳香族重氮鹽較為穩定。芳香族 重氮基可以被其他 基團取代,生成多種類型的產物。所以芳香族重氮化反應在 有機合成上很重要。
重氮化反應的機理是首先由一級胺與重氮化試劑結合,然後通過一系列 質子轉移,最後生成 重氮鹽。重氮化試劑的形式與所用的 無機酸有關。當用較弱的酸時, 亞硝酸在溶液中與 三氧化二氮達成平衡,有效的重氮化試劑是三氧化二氮。當用較強的酸時,重氮化試劑是質子化的亞硝酸和亞硝醯正離子。因此重氮化反應中,控制適當的pH值是很重要的。芳香族一級胺鹼性較弱,需要用較強的亞 硝化試劑,所以通常在較強的酸性下進行反應。
芳香族 伯胺和亞硝酸作用生成 重氮鹽的反應標為重氮化,芳伯胺常稱重氮組分,亞硝酸為重氮化劑,因為亞硝酸不穩定,通常使用 亞硝酸鈉和鹽酸或硫酸使反應時生成的亞硝酸立即與芳伯胺反應,避免亞硝酸的分解,重氮化反應後生成重氮鹽。
重氮化反應可用反應式表示為:
Ar-NH2 + 2HX + NaNO2--—Ar-N2X + NaX + 2H20
影響因素
酸的用量
在重氮化反應中,無機酸的作用是:首先使芳胺溶解,次之和亞硝酸鈉生成亞硝酸,最後與芳胺作用生成 重氮鹽。重氮鹽一般是容易分解的,只有在過量的酸液中才比較穩定。所以,儘管按反應式計算,一摩氨基重氮化僅需2摩酸;但要使反應得以進行,酸必須適當過量。酸的過量取決於芳胺的鹼性。鹼性越弱,過量越多,一般是過量25%-100%.有的過量更多,甚至需 濃硫酸。
重氮化反應時若酸用量不足,生成的 重氮鹽容易和未反應的芳胺偶合,生成重氮 氨基化合物。這是一種不可逆的自 偶合反應,它使重氮鹽的質量變差,影響偶合反應的正常進行並降低偶合收率。在酸不足的情況下, 重氮鹽容易分解,且溫度越高分解越快。一般重氮化反應完成後,溶液仍稱強酸性,能使 剛果紅試紙變色。
酸的濃度
無機酸的濃度對重氮化的影響可以從不溶性的芳胺的溶解生成 銨鹽,銨鹽 水解生成溶解的游離胺及 亞硝酸的 電離等幾個方面加以討論。
HNO2用量
按重氮化反應 方程式,1摩爾氨基重氮化需要1摩爾的 亞硝酸鈉。重氮化反應進行時,自始至終必須保持 亞硝酸鈉稍微過量,否則引起自 偶合反應。這可由加入 亞硝酸鈉的速度來控制。加料速度太慢,未重氮化的芳胺會和 重氮鹽作用發生自 偶合反應。加入速度過快會發生 亞硝酸分解或其他副反應。反應時可用 澱粉-碘化鉀試紙檢驗,根據顏色的不同來判斷。過量的 亞硝酸對下一步偶合也不利,會使偶合組分亞 硝化、氧化或發生其他反應。所以,反應結束後,要加尿素或氨基磺酸來分解過量的 亞硝酸。
反應溫度
重氮化反應一般在0-5℃進行,這是因為大部分 重氮鹽在低溫下較穩定,在較高溫度下重氮鹽分解速度加快的結果。另外 亞硝酸在較高溫度下也容易分解。重氮化反應溫度常取決於 重氮鹽的穩定性,對- 氨基苯磺酸重氮鹽穩定性高,重氮化溫度可在10-15℃進行;1-氨基萘-4-磺酸重氮鹽穩定性更高,重氮化溫度可在35℃進行。重氮化反應一般在較低溫度下進行這一原則不是絕對的,在間歇反應鍋中 重氮反應時間長,保持較低的反應溫度是正確的,但在管道中進行重氮化時,反應中生成的 重氮鹽會很快轉化,因此重氮化反應可在較高溫度下進行。
芳胺鹼性
從反應機理看,芳胺的鹼性越強,越有利於N- 亞硝化反應,從而提高了重氮化 反應速率。但強鹼性的胺類能與酸生成 銨鹽降低了游離胺的濃度,因此,這也抑制了重氮化 反應速率。當酸的濃度低時,芳胺的鹼性對N-亞 硝化的影響是主要的,這時芳胺的鹼性越強, 反應速率越快。在酸的濃度很高時, 銨鹽的水解難易事主要影響因素,這時鹼性較弱的芳伯胺的重氮化速率快。
一般方法
重氮化方法有順法和逆法兩種方法。你知道嗎?
順法
順法就是在 色基中先加適量水調合,再加入規定量 鹽酸,在低溫和不斷攪拌下緩緩加入 亞硝酸鈉,使重氮化反應完成。 色基大紅G、色基橙GC與色基紫醬GBC都可採用順法。重氮化溫度為5~10℃,時間約10min,溫度過高、時間過短,都不能得到較好的重氮化結果。為使重氮化反應完全,還需將 色基重氮化溶液放置15min左右,臨用前加適量的醋酸和醋酸鈉。大多數溶於稀 無機酸的芳伯胺採用此法重氮化。
逆法
逆法重氮化是將 色基與 亞硝酸鈉和適量的冷水調成均勻糊狀並加冰冷卻,然後將它緩慢傾入不斷攪拌的冰 鹽酸溶液中,使反應完成,色基紅B等就是採用逆法重氮化的。在稀酸中難溶解的 氨基芳磺酸等用此法重氮化。
HNO5S法
亞硝醯硫酸法用於在稀酸中難溶解的芳伯胺(鹼性極弱)重氮化,即先將芳伯胺溶於 濃硫酸或冰醋酸中,再向其中加入亞硝醯硫酸溶液。
其他方法
根據不同芳胺的性質,可以確定他們的重氮化條件:
鹼性較強
如苯胺、甲苯胺、甲氧基苯胺、二甲苯胺以及連甲氧基苯胺等,這些芳胺鹼性較強,分子中不含吸電子基,容易和無機酸生成穩定的銨鹽。 銨鹽較難水解,重氮化時,酸量不易過量,否則溶液中芳胺量過少,影響 反應速率。重氮化時,一般將芳胺溶於稀酸中,然後再冷卻的條件下,加入亞硝酸鈉溶液.
鹼性較弱的芳胺
如硝基甲苯、硝基苯胺、多氯苯胺等,這些芳胺含有吸電子基團,鹼性較弱,難以和烯酸成鹽,生成銨鹽。必須用濃度較高的酸加熱使芳胺溶解,然後冷卻析出芳胺沉澱,快速加入 亞硝酸溶液並過量。
弱鹼性芳胺
若芳胺的鹼性降低到即使使用很濃的算也不能使其溶解,他們的重氮化就要用 亞硝酸鈉和 濃硫酸為重氮化試劑。
氨基偶氮化合物
加入 亞硝酸鈉溶液,迅速倒入 鹽酸和冰水的 混合物,可使重氮化進行到底。
鄰氨基苯酚類
在醋酸中進行。