10-第十章-重氮化与重氮盐

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十章 重氮化与重氮盐,1,第一节,概述,一、重氮化反应及其特点,1, 重氮化合物定义：,指分子中含有两个氮原子相连的基团，而这个基团只有一端与碳原子相连，而另一端则不与,C,原子相连。（与偶氮化合物相区别）,2,2.,重氮化反应定义：,将芳伯胺等胺基化合物在低温下及强酸（其中盐酸及硫酸最为常用）水溶液中，与亚硝酸作用生成重氮盐的反应，称为重氮化反应。,3,3.,重氮化反应在有机合成中的应用：,用来合成与亲电取代反应相悖的化合物，尤其是各种偶氮染料、有机颜料和医药中间体的重要的基本的方法，在精细有机合成中被广泛应用。,如：间氯甲苯的合成。,4,4,脂肪胺与芳胺的重氮化反应特点：,脂肪伯胺得到的重氮化合物很不稳定，容易分解成醇类化合物，在有机合成上没有多少价值。,由由芳伯胺制得的重氮化合物性质稳定，可用来制备许多重要的中间体。在精细化学品的合成中有着重要的意义。,5,二、重氮盐的结构与性质,1,重氮盐的结构,重氮盐的结构为：,重氮盐的反应一般是在强酸性到弱碱性介质中进行的。其,pH,值的高低与目的反应有关。,6,2,重氮盐的性质,（,2,）干燥的重氮盐极不稳定，受热爆炸。,（,1,）重氮盐具有类似铵盐的性质，一般可溶于水，不溶于有机溶剂。重氮化后溶液是否澄清可作为反应正常与否的标志。,（,3,）重氮盐在低温水溶液中比稳定且具有高反应活性。生产中常不必分离出重氮盐结晶，而用其水溶液进行下一步反应。,7,（,4,）重氮盐可发生两类反应：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；另一类是重氮基被其他取代基所置换，同时脱落两个氮原子放出氮气的反应。,（,5,）重氮盐性质活泼，本身价值不高，但通过上述两类重氮盐的反应，可制得一系列重要的有机中间体。,8,第二节,重氮化反应,复习：甲基橙的制备：,1,重氮化反应,9,2,偶合反应,利用淀粉,-KI,试纸检验的过程。,10,一、重氮化反应历程,NaNO,2,+,HCl, HNO,2,+,NaCl,HNO,2,+,HCl,NOCl,（亲电质点）,+ H,2,O,（稀盐酸中）,2HNO,2, N,2,O,3,（亲电质点）,+ H,2,O,（稀硫酸中）,N,2,O,3, NO,+,（亲电质点）,+ NO,2,（浓硫酸中）,属于亲电取代反应。,11,亲电质点活性,ON,+,ON,Br,ON,Cl,机理,12,二、反应影响因素,1,无机酸的性质,在重氮化时常采用盐酸，硫酸则用得较少。当用盐酸难以重氮化时，则需要在浓硫酸中进行。,13,2,无机酸的用量和浓度,理论上，酸的摩尔用量为芳伯胺的,2,倍，即,1mol,芳伯胺需,2mol,盐酸。对于碱性较弱的芳伯胺，其酸用量和浓度都应相对提高。,无机酸的用量和浓度与参与反应的芳胺结构有关。,14,3,亚硝酸钠,（,2,）亚硝酸钠的加料进度：,取决于重氮化反应速度的快慢，主要目的是保证整个反应过程自始至终不缺少亚硝酸钠，以防止产生重氮氨基物的黄色沉淀，加料速度不能太快，防止产生“黄烟”即,NO,2,。,（,1,）亚硝酸制备：,通常新鲜亚硝酸是由亚硝酸钠与无机酸（盐酸或硫酸等）作用而得。,15,反应结束后，可以用,KI,淀粉试纸判断重氮化是否完成。,过量的亚硝酸会促使重氮盐分解，可以用尿素或氨基磺酸去除。,16,4,芳胺碱性,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；当芳伯胺的芳环上连有吸电子基团时，芳伯胺碱性减弱，反应速度变慢。,17,5,温度,反应温度常在低温,0,10,进行，在该温度范围内，亚硝酸的溶解度较大，而且生成的重氮盐也不致分解。,为保持此适宜温度范围，可采取直接加冰冷却或冷冻氯化钙水溶液或冷冻盐水间接冷却。,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（弱酸盐），亦可在较高的温度下进行重氮化。,18,三、重氮化操作方法、设备及安全生产,（,2,）重氮化反应的终点控制要准确。过量的亚硝酸会促使重氮盐分解。,（,1,）重氮化反应所用原料应纯净且不含异构体。在使用前应先进行精制（如蒸馏、重结晶等）。,1,芳伯胺重氮化时应注意的共性问题,19,（,3,）亚硝酸过量的检测方法：用碘化钾淀粉试纸。当白色的试纸刚变成浅兰色时，即表示亚硝酸的量是适合的；若变成兰色，则亚硝酸已经过量了。,2HNO,2,+2KI+ 2H,2,O I,2,+ 2KCl + 2H,2,O + 2NO,（,4,）过量的亚硝酸去除方法：加入氨基磺酸或尿素将过量的亚硝酸分解；也可以加入少量的芳胺，使之与过量的亚硝酸作用。,H,2,N-SO,3,H + HNO,2,H,2,SO,4,+N,2,+ H,2,O,H,2,N-CO-NH,2,+2HNO,2,CO,2,+2N,2,+3H,2,O,20,（,6,）防止重氮化合物受热和强光照射，并保持生产环境的潮湿。,（,5,）反应的设备要有良好的传热措施,21,2.,重氮化操作方法,（,1,）直接法,本法适用于,碱性较强的芳胺,，即为含有给电子基团的芳胺，这些胺类可与无机酸生成,易溶于水,，但难以水解的稳定,铵盐,。,其操作方法是：将计算量（或稍过量）的亚硝酸钠水溶液在冷却搅拌下，先快后慢的滴加到芳胺的稀酸水溶液中，进行重氮化，直到亚硝酸钠稍微过量为止。此法亦称,正加法,，应用最为普遍。,反应温度一般在,0,10,进行。盐酸用量一般为芳伯胺的,3,4mol,为宜。水的用量一般应控制在到反应结束时，反应液总体积为胺量的,10,12,倍。应控制亚硝酸钠的加料速度，以确保反应正常进行。,22,连续操作法,本法适用于碱性较强芳伯胺的重氮化。由于反应过程的连续性，可较大地提高重氮化反应的温度以增加反应速率。,重氮化反应一般在低温下进行，目的是为避免生成的重氮盐发生分解和破坏。连续操作可以利用反应产生的热量提高温度，加快反应速度，缩短反应时间，适合于大规模生产。例如，由苯胺制备苯肼就是采用连续重氮化法，重氮化温度可提高到,50,60,。,23,24,（,2,）倒加料法 （反重氮化法）,本法,适用于一些两性化合物,，即含,SO,3,H,、,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，还适用于一些易于偶合的芳伯胺重氮化。此类胺盐在酸液中生成两性离子的内盐沉淀，故不溶于酸中，因而很难重氮化。,其操作方法是：将这类化合物先与碱作用制成钠盐以增加溶解度，并溶于水中，再加入需要量的,NaNO,2,，,然后将此混合液加入到预先经冷却的稀酸中进行重氮化。,25,（,3,）浓酸法,本法适用于,碱性很弱,的芳伯胺，如二硝基苯胺、杂环,位胺等。因其碱性弱，在稀酸中几乎完全以游离胺存在，不溶于稀酸，反应难以进行。为此常在,浓硫酸中进行重氮化,。该重氮化方法是借助于最强的重氮化活泼质点（,NO+,），,才使电子云密度显著降低的芳伯胺氮原子能够进行反应。,其操作方法是：将该类芳伯胺溶解在浓硫酸中，加入亚硝酸钠液或亚硝酸钠固体，在浓硫酸中的溶液中进行重氮化。,26,由于亚硝酰硫酸放出亚硝酰正离子（,NO+,）,较慢，可加入冰醋酸或磷酸以加快亚硝酰正离子的释放而使反应加速。如：,27,（,4,）亚硝酸酯法,本法是将芳伯胺盐溶于醇、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。此法制成的重氮盐，可在反应结束后加入大量乙醚，使其从有机溶剂中析出，再用水溶解，可得到纯度很高的重氮盐。,28,3,重氮化反应设备及安全生产,（,1,）重氮化反应设备,重氮化一般采用间歇操作，选择釜式反应器。反应器不宜直接使用金属材料。大型重氮反应器通常为内衬耐酸砖的钢槽或直接选用塑料制反应器。小型重氮设备通常为钢制加内衬。用稀硫酸重氮化时，可用搪铅设备，其原因是铅与硫酸可形成硫酸铅保护模；若用浓硫酸，可用钢制反应器；若用盐酸，因其对金属腐蚀性较强，一般用搪玻璃设备。,29,30,31,（,2,）安全生产,重氮盐性质活泼易爆炸，在进行重氮化反应时，要注意设备及附近环境的清洗，防止设备、器皿、工作环境等处残留的重氮盐干燥后发生爆炸事故。,重氮化反应中的酸有较强腐蚀性，特别是浓硫酸。应严格按工艺规程操作，避免灼伤、腐蚀等严重生产事故。,重氮化反应中，过量亚硝酸钠会使反应系统逸出,NO,、,Cl,2,等有毒有害的刺激性气体。参加反应的芳伯胺亦具有毒性，特别是活泼的芳伯胺，毒性更强。所以反应设备应密闭，要求设备、环境、通风要有保证，以保障生产和环境的安全。,特别需要注意的是，通风管道中若残留干燥的胺，遇氮的氧化物也能重氮化并自动发热而自燃，因此要经常清理、冲刷通风管道。,32,三、重氮化反应的应用,重氮盐能发生置换、还原、偶合、加成等多种反应。,33,1,制备偶氮染料,例如：对氨基苯磺酸重氮化后得到的重氮盐与,2,萘酚,6,磺酸钠偶合，得到食用色素,6,。,解释该产物结果,34,2,还原制备苯肼,例如：重氮盐还原制备苯肼中间体：,（,1,）,N,加成磺化反应：介质,PH,值,6.5,8,，反应温度,0,80,（,2,）水解反应：加入酸使,PH,值,2,，反应温度,60,90,35,3.,重氮盐卤素置换,1,）被氯或溴置换,Sandmeyer,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,36,37,反应是自由基历程，催化剂,CuCl,起电子转移作用。,HCl,溶液浓度不宜过高，酸性不宜太强。,注意：,反应速度与重氮盐结构有关，吸电子取代基加快反应速度。,38,2,）重氮盐被碘取代,反应可以采用,Sandmeyer,条件制备碘代物。,更简便方法是与碘化钾或碘化钠反应。,39,3,）重氮盐被氟置换,Schiemann,Ar,N,2,+,X,BF,4,Ar,N,2,BF,4,Ar,F + N,2,+ BF,3,注意：,盐的加热分解反应控制非常重要，防止发生爆炸。,产物收率与盐的沉淀效果有关，而其沉淀效果与环上取代基有关。,40,反应物,取代氟苯收率（,%,）,氟硼酸盐法,锑络盐法,磷络盐法,邻硝基苯胺,间硝基苯胺,对硝基苯胺,7,17,31,54,35,58,40,60,60,1,0,20,58,63,芳香胺置换成取代氟苯收率比较,41,42,4.,重氮盐被羟基置换,水解,条件：,1,）最好是制备硫酸重氮盐。,2,）将重氮盐加入沸腾的稀硫酸水溶液中水解。,43,5 .,重氮盐被氢置换,1,）重氮盐被氢置换是还原反应，故反应是在还原条件下进行的，可以选用的还原剂有很多：, 醇还原 有甲、乙、丙醇，甲、乙醇还原有醚生成，而丙醇则主要得到氢取代产物；,次磷酸,(H,3,PO,2,),是好的还原剂；,其它的还原条件有：,Cu,2,O,、甲酸等,2,）重氮化时最好是用硫酸,44,例,45,6 .,重氮盐被氰基置换,注意：,反应必须在弱碱性条件下进行！,46,47,48,EMME,乙氧基亚甲基丙二酸二乙酯,49,50,