第五章 重氮化和重氮盐的反应
实验九-重氮盐的制备及其反应知识分享
实验九-重氮盐的制备及其反应实验九 重氮盐的制备及其反应一、实验目的1．掌握重氮化反应的原理和重氮盐的制备方法 2．掌握放氮反应的原理和操作方法3．掌握偶合反应的原理及偶氮化合物的制备方法二、实验原理重氮盐通常是伯芳胺在过量无机酸（常用盐酸和硫酸）的水溶液中与亚硝酸钠在低温作用而制得：ArNH 2NaNO 2HXArN 2+X -H 2O NaX低温++2+2+在制备重氮盐时，应注意以下几个问题：⑴ 严格控制在低温。
重氮化反应是一个放热反应，同时大多数重氮盐极不稳定，在室温时易分解，所以重氮化反应一般都保持在0~5℃进行。
但芳环上有强的间位取代基的伯芳胺，如对硝基苯胺，其重氮盐比较稳定，往往可以在较高的温度下进行重氮化反应。
⑵ 反应介质要有足够的酸度。
重氮盐在强酸性溶液重比较不活泼；过量的酸能避免副产物重氮化合物等的生成。
通常使用的酸量要比理论量多25%左右。
⑶ 避免过量的亚硝酸。
过量的亚硝酸会促进重氮盐的分解，会很容易和进行下一步反应所加入的化合物（例如叔芳胺）起作用，还会使反应终点难于检验。
加入适量的亚硝酸钠溶液后，要及时用碘化钾淀粉试纸检验反应终点。
过量的亚硝酸可以加入尿素来除去。
⑷ 反应时应不断搅拌。
反应要均匀地进行，避免局部过热，以减少副产物。
制得的重氮盐水溶液不易放置过久，要及时地用于下一步的合成中。
最常见的重氮盐的化学反应有下列两种类型：⑴ 作用时放出氮气的反应。
在不同的条件下，重氮基能被氢原子、羟基、氰基、卤原子等所置换，同时放出氮气。
例如，桑德迈耳（Sandmeyer ）反应：ArN 2+Cl -CuCl 过量浓盐酸ArCl +N 2在实际操作中，往往将先制备的、冷的重氮盐溶液慢慢地加到冷的氯化亚铜的浓氢卤酸溶液中去，先生成深红色悬浮的复盐。
然后，缓缓加热，使复盐分解，放出氮气，生成卤代芳烃。
⑵ 作用时保留氮的反应，其中最重要的是偶合反应。
例如重氮盐与酚或叔芳胺在低温时作用，生成具有Ar —N=N —Ar ＇结构的稳定的有色偶氮化合物。
重氮化以及重氮基的转化反应
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
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+
HBr NOBr 大
HCl NOCl
小
稀H2SO4 N2O3
重氮化反映历程是N—亚硝化—脱水反映，可简单表示 如下:
偶氮基进入羟基的
邻对位。
NH2OH
HO3S
NH2
OH NH2
HO3S
SO3H
H酸
OH
J酸
HO3S
γ酸
（4）含有活泼亚甲基的化合物
O
O
CH3 C CH2 C NH
R
CH2 C CH3
O
N N
CH3 CONH2
HO N O
乙酰乙酰芳胺
吡唑酮衍生物
吡啶酮衍生物
（一）偶合反应机理
偶合反应是一个亲电芳环取代反应, 发生作用的是 重氮盐阳离子和游离胺、酚或活泼亚甲基化合物的阴 离子。在反应过程中, 第一步是重氮盐阳离子和偶合 组分结合形成一个中间产物；第二步是这个中间产物 释放质子给质子接受体, 而生成偶氮化合物。
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 应反。应温然度后一配般合要物求经40电～子8转0℃移,生有成些芳反自应由也基可A在r•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。
重氮盐的反应
C O O H I
重氮基被氟置换 （1）希曼反应 （2）无水氟化氢法 （3）水介质铜粉催化分解氟化法
A r N 2 + X B F 4A r N 2 + B F 4
A r F + N 2+ B F 3
8.2.6 重氮基被氰基置换
CuCl + 2NaCN → Na[Cu(CN)2] + NaCl CuCN + NaCN → Na[Cu(CN)2]
G N o a m O b H e ,r A g 反 r 'H 应A rA r ' 乙 K 基 S S 黄 C O 原 C 酸 2 H 钾 5 A r S C S O C 2 H 5 K O H A r S K H + A r S H
8.2.1 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。
8.2.6 重氮基被含碳基置换
重氮基被醛基置换
N 2H
N 2 + C - l +2 C H N -O = H
ClN N a 2 /O HCl Cl -2 N , -HCl
Cl
C + 催 u 化 ， 低 温 Cl
HCNOH +2 H O Cl -N2O HH
CHO Cl
盐酸中水解 Cl
Cl
盖特曼(Gattermann)反应
C O O H
C O O H
C O O H次 磷 酸 C O O H
溴 化 B r
B r 重 氮 化 B r
B r H 3 P O 3B r
B r
N H 2
N H 2 B r
N 2 + B r
B r
重氮化
+
+ H 2O
OH2
+
_
OH
H2SO4,HNO3 硝化 NO2
NO2
Na2S2 部分还原 NO2
NH2
H 2SO 4,NaNO 2 重氮化 NO 2
N 2+ HSO 4
H +,H
2O,
OH
水解 NO 2
重氮盐制备酚时，常在硫酸中进行，主要因为： 硫酸 （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。
+
I KI, 温热 74%~76%
可以通过Schiemann反应将氟原子引入芳环。
+
N2Cl
-
N2BF4HBF4 CH3 或NaBF4
+
CH3
F ①过滤，干燥 ② CH3
+
N2
+
BF3
3.3.4 氰基置换
通过Sandmeyer或Gattermann反应，重氮基也可被氰基取代。
+ N 2HSO 4-
铵盐不溶于水：快速正法
H2N NH2
NH2
即在室温将芳伯胺溶解于过量较少的稀盐酸或稀硫酸中， 加冰冷却至一定温度，然后缓慢/迅速地加入亚硝酸钠水溶 液，重氮化即可完成。
2.3.2 碱性较弱的硝基芳胺或多氯芳胺
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）易生成游离胺 （4）反应速度快 方法：快速正法
Ar-N=N-Ar’-NH2 Ar-N=N-Ar’-OH Ar-NHNH2
重氮化反应
重氮化反应芳香族伯胺和亚硝酸作用（在强酸介质下）生成重氮盐的反应标为重氮化（一般在低温下进行，伯胺和酸的mol比是：1：2.5），芳伯胺常称重氮组分，亚硝酸为重氮化剂，因为亚硝酸不稳定，通常使用亚硝酸钠和盐酸或硫酸使反应时生成的亚硝酸立即与芳伯胺反应，避免亚硝酸的分解，重氮化反应后生成重氮盐。
例如：脂肪族、芳香族和杂环的一级胺都可进行重氮化反应。
通常，重氮化试剂是由亚硝酸钠与盐酸作用临时产生的。
除盐酸外，也可使用硫酸、过氯酸和氟硼酸等无机酸。
脂肪族重氮盐很不稳定，能迅速自发分解；芳香族重氮盐较为稳定。
芳香族重氮基可以被其他基团取代，生成多种类型的产物。
所以芳香族重氮化反应在有机合成上很重要。
重氮化反应的机理是首先由一级胺与重氮化试剂结合，然后通过一系列质子转移，最后生成重氮盐[1]。
重氮化试剂的形式与所用的无机酸有关。
当用较弱的酸时，亚硝酸在溶液中与三氧化二氮达成平衡，有效的重氮化试剂是三氧化二氮。
当用较强的酸时，重氮化试剂是质子化的亚硝酸和亚硝酰正离子。
因此重氮化反应中，控制适当的pH值是很重要的。
芳香族一级胺碱性较弱，需要用较强的亚硝化试剂，所以通常在较强的酸性下进行反应。
芳香族伯胺和亚硝酸作用生成重氮盐的反应标为重氮化，芳伯胺常称重氮组分，亚硝酸为重氮化剂，因为亚硝酸不稳定，通常使用亚硝酸钠和盐酸或硫酸使反应时生成的亚硝酸立即与芳伯胺反应，避免亚硝酸的分解，重氮化反应后生成重氮盐。
重氮化反应可用反应式表示为：Ar-NH2 + 2HX + NaNO2--—Ar-N2X + NaX + 2H20重氮化反应进行时要考虑下列三个因素：一、酸的用量从反应式可知酸的理论用量为2mol，在反应中无机酸的作用是，首先使芳胺溶解，其次与亚硝酸销生成亚硝酸，最后生成重氮盐。
重氮盐一般是容易分解的，只有在过量的酸液中才比较稳定，所以重氮化时实际上用酸量过量很多，常达3mol，反应完毕时介质应呈强酸性(pH值为3)，对刚果红试纸呈蓝色．重氮过程中经常检查介质的pH值是十分必要的。
重氮化和重氮化合物
一.重氮化和重氮化合物1.重氮化反应及影响因素 芳香族伯胺和亚硝酸作用生成重氮盐的反应称为重氮化。
重氮化反应要在强酸中进行，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，使反应生成的亚硝酸立刻与芳伯胺反应，避免亚硝酸的分解。
为了使反应能顺利进行，必须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行。
有些芳胺碱性非常弱，要用特殊的方法才能进行重氮化。
重氮化是放热反应，重氮盐对热不稳定，因此要在冷却的情况下进行，一般都用冰盐浴冷却，并调节亚硝酸钠的加入速度，维持反应温度在0℃附近，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动、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，也需谨慎小心。
自重氮化反应发现以来，人们为了弄清楚其反应的影响因素，对重氮化反应的机理进行了反复研究，已普遍接受了重氮化反应的亚硝化学说即重氮化反应是由亚硝酸产生的亲电质点对游离芳伯胺基进行亲电取代反应的机理，其反应的主要影响因素如下。
(1).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，从反应速度来说，以盐酸或氢溴酸等最快，硫酸与硝酸较次。
由反应式可以看出酸的理论用量为2摩尔，在反应中无机酸的作用是：首先是使芳胺溶解，其次可和亚硝酸钠生成亚硝酸，最后是生成稳定的重氮盐。
重氮盐一般来讲是容易分解的,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3~4摩尔。
反应完毕时介质应呈强酸性，PH值为3，对刚果红试剂呈蓝色，重氮化过程经常检查介质的PH值是十分重要的。
反应时若酸量不足，生成的重氮盐容易和未反应的芳胺偶合，生成重氮胺基化合物。
这是一种自偶合反应，是不可逆的。
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。
在酸量不足的情况下，重氮盐还易分解，温度愈高，分解愈快。
重氮化反应 重氮盐 加 欧氮
重氮化反应重氮盐加欧氮重氮化反应是有机化学中一种重要的反应类型，它是通过引入重氮基团（-N=N-）来改变有机分子结构的方法之一。
而重氮盐和欧氮则是重氮化反应中常用的试剂。
让我们来了解一下重氮化反应的基本原理。
重氮化反应是指通过引入重氮基团（-N=N-）到有机分子中，从而改变其化学性质和结构的反应。
重氮基团具有较高的反应活性，可以参与多种反应，如亲电取代、氧化、还原等。
重氮化反应在有机合成中具有广泛的应用，可以用于合成各种有机化合物，如芳香胺、芳香酮、脂肪醇等。
在重氮化反应中，重氮盐是一种常用的重氮化试剂。
重氮盐可以通过硝酸钠和盐酸的反应制备而成。
重氮盐在常温下稳定，但在碱性条件下会发生分解，生成氮气和相应的胺化合物。
重氮盐可以与亲电试剂发生反应，形成新的化学键，从而改变有机分子的结构。
欧氮是一种常用的亲电试剂，它能与重氮盐发生反应。
欧氮的化学结构中含有亲电中心，可以与重氮盐中的重氮基团发生亲电取代反应。
这种反应通常在室温下进行，生成新的C-N键。
欧氮可以选择性地与重氮盐反应，而不与其他官能团发生反应，因此在重氮化反应中具有重要的应用价值。
重氮化反应的应用非常广泛。
一方面，重氮化反应可以用于合成具有重氮基团的化合物，如重氮芳香胺。
重氮芳香胺是一类重要的有机合成中间体，可以用于合成各种具有生物活性的化合物，如药物、染料等。
另一方面，重氮化反应还可以用于合成具有特殊结构的化合物，如环状化合物、多环化合物等。
这些化合物在药物、材料科学等领域具有重要的应用价值。
总结一下，重氮化反应是一种重要的有机化学反应类型，通过引入重氮基团来改变有机分子的结构和性质。
重氮盐和欧氮是重氮化反应中常用的试剂，它们可以发生亲电取代反应，形成新的化学键。
重氮化反应在有机合成中具有广泛的应用，可以用于合成各种有机化合物。
重氮化反应的研究不仅可以拓宽有机化学的应用领域，还可以为药物合成、材料科学等领域的发展提供重要的支持。
重氮化与重氮盐
• 二、重氮盐的结构与性质 • 1．重氮盐的结构
重氮盐的结构为：
Ar N
Ar N
+
+
N Cl
N Cl Ar N N Cl
（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。
7
第二节 重氮化反应
• ★复习：甲基橙的制备： • 1．重氮化反应
1
（5）反应的设备要有良好的传热措施
（ 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。
• 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。
NaNO2 + HCl NaNO2 + H2SO4 HNO2 + NaCl HNO2 + NaHSO4
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
H2SO4--H2O, 160℃
NO2
2.被氢取代：
ArN 2 Cl
+
+ CH 3 CH 2OH
N2
+
△
+
N2
+ CH 3CHO + HCl
2 CH 3
N=N-OCH
历程：
①
+
CH 3 CH 2 OH
+
.
+
H
+
+
N2
+
CH 3 CHO
+ N + CH
N=N-OPOH 2 .
N2X N2X N2X NO2 O2N N2X NO2
NO2
NO2
NO2
I
II
III
IV
由I——IV转化为阳离子Ar-N=N+的容易程度依次递增，故适于转化的 PH值依次递减。 ⑵偶合剂： ①应用酚类作偶合剂： a.应在碱性溶液中反应； b.反应一般发生在邻、对位上，或取代对位。
c.介质不同生成不同化合物：
-NaX
Ar-N=N-SO3Na NaHSO3 Ar-NHNHSO3Na RCH=NNH2 腙
HCl,H2O -NaHSO4
Ar-N-NHSO3Na so3Na RCHO + NH2NH2
H2O -NaHSO4
ArNHNH2.HCl
5-4.合成上应用举例： 1.酸性橙II的合成：
NH Na2CO3 NH2 NaNO2,HCl N2 Cl
N 2 BF 4
+
F
△
+N +
2
BF 3
历程： N2O3
NH2
+ 2HBF4
OBF 4 -H 2 O
2N OBF4
N 2 BF 4
+
+
+
H2O
.
+N
.
+
+
F
N2
+
BF 4
+
BF
4
+ BF 3
⑶被-I取代：
+
I
N 2 Cl
+
NH2
NaI
+
N2 BF 4
+
N2
+
NaCl
⑷被硝基取代：
NO 2 NaNO 2 [Cu] NaNO 2/HBF 4
5-3 保留两个氮原子的反应
1.偶合反应：芳族重氮化合物与酚类或芳胺类等化合物作用生成偶氮化合物的反应。
历程： Ar-N=N
+
O
Ar-N=N
O
H
Ar-N=N
O
+ H
Ar-N=N H N R R
R
Ar-N=N
+
N R R
Ar-N=N
N R
+ H
⑴重氮剂
Ar HO
Ar
N N
Cl
NaOH(1N)
N Ar
Br
+ N + NaCl+ H2O
2
历程：
+ NaOH
N=N OH △
C 2
N=N OH
+ NaCl
+ N + HO
HO
+
H
C
+
COOH CH=C
+HO
2
COOH
例：
H2SO4,NaNO2
NH2
(CH3)2CHCH2CH2ONO
COOH
N2
+
+ NaOH
-N2 NaOH
△ 菲 普普普(Pschorr)反反
例：
Br
CH 3
Br
3．被卤基取代：
⑴桑德迈尔反应：用于-Br,-Cl,-CN
N 2 Cl CuCl
+
Cl
+
CuX ArX
N2
历程：ArN 2
+ X+ Ar. + CuX 2
+
Ar.
+
N2
+
CuX 2
+ CuX
*若用Cu+HBr or HCl，则叫加特曼(Gattermann)反应。 ⑵被-F取代，席曼(G.Schiemann)反应：
△ Ar-S-CS-OR KOH
冰冰酸冰
[CuCl]
ArSO Cl 2 Ar-N -S-CS-OR 2
+ N2
N2
+
+
乙基黄原酸钾 芳香黄原酸酯
ArSR
+ COS +
H
+
HO-CS-OR Ar-SK
ArSH
+
K
⑹被芳基取代：
冈伯格（Gomberg）联芳基合成：
Br
N Cl
+
+
N 2Cl
+ NaOH
OH
OH N=NAr
ArN 2 Cl
SO 3 H
+
NaCO
SO 3 H
3
OH
NaOH
SO 3 H
N=NAr
②利用芳胺类作偶合剂： a.在弱酸性介质中反应。 b.定位规律与酚类化合物相同。 c.可生成重氮胺基化合物，加酸又重排为偶氮物。
H
N N NH Ar
+
N N N H 2 Ar
+
历程：
H
N
+
+
N=N-NH 2
X
+
2H 2O
+
NaX
NaNO ArNH
2
+
HX
+
NaX
+ 2
+
HNO
+
HX
ArN
X
+
2H 2O
c 实际上酸常要用到3-4个当量，有时还要多，以防止：
ArN 2 X ArNH
2
ArN 2 NHAr
+
HX
d e
低温为防止重氮盐因温高而加速分解。 因干燥时易爆，不稳定，要制好即用。
⑵ 反应历程：
a 反应总速率式
N=N-Ar
HO3S
SO3H
2．偶合反应的实施： ⑴浓度的影响，二级反应； ⑵偶合介质pH的影响； ⑶温度的影响； ⑷操作方式：
a.将重氮剂溶液加到偶合剂中去，碱性介质采用； b.将偶合剂溶液加到重氮剂中，酸性介质中采用。 c.同时加到偶合槽中去，称对流偶合。 3. 还原为肼：
ArN2X
+ Na2SO3
+
H
2
O
C 重氮化历程：
H2N N O
+
H2 N
+
NO -H H
+ +
H
N=O H
+ +
-H
+
N=NOH -H
+
N=N OH 2 H
+
N ≡N
+
+H O
2
d 芳胺以游离态进行反应，游离胺是由胺盐水解而生成的：
ArNH2
+H
+
ArNH3
+
+ H2O
ArNH2
+
H3O
+
①芳环上有吸电子基，重氮化反应速率增加（游离胺较多）； ②芳环上有推电子基，重氮化反应速率降低； ③碱性很弱的胺类，可在无水硫酸中重氮化，是借亚硝基阳离子来进行的。
3 CH 2 O.
②
+
H3PO 2
+ N + H PO .
2 2 2
.
+
N2
+
H 3 PO
2
+
. N2
H 2 PO 2 .
+
NH 2 Br 2 Br
H 2 PO 2 .
+ +
+
H 2 PO 2 H 2O
+
H 3 PO 3
+
H
+
NH 2 Br H SO ,NaNO H 3C 2 4 2
N 2 SO 3 H Br CH 3 C H OH 2 5 Br
OH HO3S NH2 NH2 NH2 OH NH2 HO
HO3S OH SO3H SO3H
SO3H
J酸
r酸
S酸
K酸
b.H酸的反应：
NH2 OH ArN2X
pH
NH2 Ar N=N
OH
≤ 7
HO3S ArN2Cl SO3 H
HO3S
SO3 H
ArN2X,pH ≥ 7 NH2 Ar-N=N OH
pH
≥7
乙．重氮盐的反应： 可分为两类： ⑴放出氮气，并且重氮基被取代的反应； ⑵保留两个氮原子的反应。
5-2．重氮盐被取代的反应
1．被羟基取代：
[ArN2 ] OSO3H
+
+
+
快
H2O
△
ArOH
+ N2 + H2SO4
H2O ArOH H
历程： 2 ArN
-N2
Ar
+
Ar
+
+
+
+
+
NH2
N