第8章 重氮化和重氮盐的反应 精细有机合成化学与工艺学课件

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8-3 重氮盐的反应
δ+
N
NX
Nu
R
1
2
①保留氮的重氮基转化反应
N N Nu
②放出氮的重氮基转化反应
Nu
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一、保留氮的重氮基转化反应
重氮盐还原为芳肼 偶合反应
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NHNH2 NHNH2 NHNH2 NHNH2 Cl
（一） 重氮盐还原为芳肼
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（2）无机酸的用量和浓度 酸的作用:
①溶解芳胺: ArNH2 + HCl ②产生HNO2：HCl + NaNO2 ③维持反应介质强酸性
ArNH3+ClHNO2 + NaCl
酸要过量
A r N H 2 2 H X N a N O 2 A r N 2 + X -N a X 2 H 2 O
理论量：n(HX):n(ArNH2)=2:1 实际比: n(HX):n(ArNH2)=2.5-4 : 1
3HNO2 —→ NO2 + 2NO + H2O 2NO2 + O2—→ 2NO2 NO2 + H2O —→ HNO3
这样不仅浪费原料，且产生有毒、有刺激性气体，还 会使设备腐蚀。因此，必须对亚硝酸钠的用量和加料速 度进行控制。
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（4）重氮化试剂的配制
1、在稀盐酸或稀硫酸中进行重氮化时，一般可用质量分数 30%-40%的亚硝酸钠水溶液。
（ON-Cl），它是按以下反应生成：
NaNO2 + HCl →ON-OH + NaCl（酸化）
ON-OH + HCl
ON-Cl + H2O（酰化
（2）在稀硫酸中进行重氮化时，主要活泼质点是亚硝酸酐
（ON-NO2），它是按以下反应生成：
2ON-OH
ON-ON2+ H2O
（3）在稀盐酸中进行重氮化时，如果加少量溴化钠或溴化钾，
Cl
Cl2 , Fe
混酸
NO2 还原
二氯化
一硝化
Cl NH2
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
发烟硫酸 磺化
NH2 NaNO2 , H2SO4
N2+HSO4-
HO3S Cl
HO3S Cl
Cl
Na2SO3 , NaHSO3
NHNH2
HO3S Cl
Cl2 , Fe 二氯化
Cl2 , Fe 二氯化
Cl
Cl
混酸
NO2 还原
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芳伯胺重氮化时应注意的共性问题：
•重氮化反应所用原料应纯净且不含异构体。若原料颜色过深或 含树脂状物，说明原料中含较多氧化物或已部分分解，在使用 前应先进行精制（如蒸馏、重结晶等）。原料中含无机盐、如 氯化钠，一般不会产生有害影响，但在计量时必须扣除。
• 重氮化反应的终点控制要准确。由于重氮化反应是定量进行的， 亚硝酸钠用量不足或过量均严重影响产品质量。因此事先必须 进行纯度分析，并精确计算用量，以确保终点的准确。
•重氮化反应的设备要有良好的传热措施。由于重氮化是放热 反应，无论是间歇法还是连续法，强烈的搅拌都是必需的， 以利于传质和传热，同时反应设备应有足够的传热面积和良 好的移热措施，以确保重氮化反应安全进行。
•重氮化过程必须注意生产安全。重氮化合物对热和光都极不稳定， 因此必须防止其受热和强光照射，并保持生产环境的潮湿。
2、在浓硫酸中进行重氮化时，通常要将干燥的粉状亚硝酸 钠慢慢加入到浓硫酸中配成亚硝酰硫酸溶液。
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三、 重氮化方法
1.碱性较强的芳胺
特点：带供电基，铵盐稳定，不易水解为游离胺
方法： 铵盐溶于水：慢速顺法
NH2
NH2 OCH3
NH2 CH3
NH2 CH3
铵盐不溶于水：快速顺法CH3
Cl Cl SO3H SO3H
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。
A r N 2 + X N a 2 S O 3 : N a H S O 3 ( 1 : 1 )A r N H N H 2
ArN2+X Na2SO 3-NaX ArN NSO 3NaNaHSO 3 Ar NNHSO 3Na
重氮化一般采用间歇操作，选择釜式反应器。因重氮化水溶 液体积很大，反应器的容积可达10～20M3。某些金属或金属盐， 如Fe、Cu、Zn、Ni等能加速重氮盐分解，因此重氮反应器不易 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。
则主要活泼质点是亚硝酰溴（ON-Br），它是按以下反应生
成： NaBr + HCl
NaCl + HBr
ON-OH + HBr
ON-Br+ H2O
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（4）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+），它是按以下反应生成：
ON-OH + H2SO4
ON+ + 2HSO4- + H3O+
l-氨基-2-萘酚-4-磺酸的重氮化是在中性水溶液中加入少量 硫酸铜作催化剂来进行的：
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6、二胺类的重氮化
二胺类化合物的重氮化可分为三种情况。 邻二胺类：它和亚硝酸作用时一个氨基先被重氮化，然后
该重氮基又与未重氮化的氨基作用，生成不具有偶合能力 的三氮化合物。
Hale Waihona Puke Baidu
但邻苯二胺可在乙酸中用亚硝酰硫酸双重氮化。
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5.氨基酚类的重氮化
容易被氧化的氨基酚类（苯系、萘系邻、对氨基酚）。 该类中的某些芳胺在无机酸中易被亚硝酸氧化成醌亚胺型
化合物。 方法：可在中性到弱酸性介质中，在硫酸铜存在下重氮化。
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例如：
2-氨基-4,6-二硝基苯酚，其重氮化是先将其溶于苛性钠水 溶液中，然后加盐酸以细颗粒形式析出，再加亚硝酸钠进 行重氮化。
Cl 2 , Fe Cl
NH COCH 3 SO3H
CH 3
H+ , H2O Cl
SO3H NH 2
CH 3
NaNO2 , HCl
SO3H N2+Cl -
SO3H
Cl
CH 3
Na2SO3
,
Cl NaHSO3
NH NH 2 CH 3
SO3H
SO3H
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（二）偶合反应
定义 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叫做偶合反应。
H 2 N C N H 2 H N O 2 使淀C 粉O 碘2 化 N 2 3 H 2 O
钾试纸变蓝
H 2 N S O 3 H H N O 2 H 2 S O 4N 2 H 2 O
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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。但亚硝酸钠加料太 快，亚硝酸生成速度超过重氮化反应对其消耗速度，则 使此部分亚硝酸分解损失。
A r N 2 X N H 2 ( O H )
重氮组分 偶合组分
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（3）亚硝酸钠
由于游离亚硝酸很不稳定，易发生分解，通常重氮化 反应所需的新生态亚硝酸，是由亚硝酸钠与无机酸（盐 酸或硫酸等）作用而得。
由此可见，亚硝酸钠是重氮化反应中常用的重氮化 剂。通常配成30%的亚硝酸钠溶液使用，其用量比理论 量稍过量。
2 H N O O 2 2 K I2 H 2 OI 2 2 K C l 2 H 2 O 2 N O
N2+HSO4-
HO3S Cl
HO3S Cl
Cl
Na2SO3 , NaHSO3
NH NH 2
HO3S
Cl
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NHNH2
Cl
CH3
P222 8-1（2）
SO3H
NH 2 CH 3
浓 H2SO4 邻二氯苯
NH 2 CH 3 (CH 3CO )2O N- 乙 酰 化
NH COCH 3 CH 3
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4.氨基芳磺酸或氨基芳羧酸的重氮化 特点：（1）易形成内盐，在酸性介质下不溶； （2）可以溶于碱。 方法：碱溶酸析;顺式重氮化法
H2N
SO3H
NH2 SO3H
HO3S SO3H
H2N
NH2
即先将芳伯胺悬浮在水中，加入微过量的氢氧化钠或氨水， 使氨基磺酸转变成钠盐或铵盐而溶解，然后加入稀盐酸或稀 硫酸使氨基磺酸以很细的颗粒沉淀析出，接着立即加入微过 量的亚硝酸钠水溶液。
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间二胺类：其特点是极易重氮化及与重氮化合物偶合。
例如，一个分子中的两个氨基同时被重氮化，接着与 未起作用的二胺发生自身偶合，如俾士麦棕G偶氮染料 的制备。
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为避免耦合副反应，可用反法双重氮化，即先将间苯二 胺在弱碱性至中性条件下与稍过量的亚硝酸钠配成混合 水溶液，在良好搅拌下，将混合液快速加到过量较多的 冷的稀盐酸中进行反法重氮化。
重氮化反应历程 重氮化反应影响因素 重氮化方法
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一、 重氮化反应历程 芳伯胺重氮化反应历程是亲电的N-亚硝化-脱水反应。 1、亲电质点：
与反应体系所用无机酸种类和浓度有关。
:
:
H
N
CH3
H H
N CH3 CH3CH3
:
NH H
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(1)在稀盐酸中进行重氮化时，主要活泼质点是亚硝酰氯
一硝化
Cl NH2
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
发烟硫酸 磺化
NH2 NaNO2 , H2SO4
N2+HSO4-
HO3S Cl
HO3S Cl
Cl
Na2SO3 , NaHSO3
NHNH2
HO3S Cl
P222 8-1（1）
Cl
Cl
混酸
NO2 还原
一硝化
Cl NH2
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
发烟硫酸 磺化
NH2 NaNO2 , H2SO4
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，然后先快后慢地加入亚硝酸钠水溶液， 直到亚硝酸钠过量为至。
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2.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）易生成游离胺；
（4）反应速度快。
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对二胺类：该类化合物用正法重氮化可顺利地将其中一个 氨基重氮化，得到对氨基重氮苯。
重氮基为强吸电基，它与氨基共处于共扼体系中时，将使 未被重氮化的氨基的碱性减弱，从而使进一步的重氮化产 生困难。
如果将两个氨基都重氮化则需在浓硫酸中进行。
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四、 重氮化设备
第8章 重氮化和重氮盐的反应
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本章教学基本内容
概述 重氮化 (Diazotization) 重氮盐的反应
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8-1 概述
结构
• 重氮化反应及其特点
芳伯胺在无机酸存在下与亚硝酸作用，生成重氮盐的 反应称为重氮化反应。工业上，常用亚硝酸钠作为亚硝酸 的来源。反应通式为：
（2）不溶于稀酸，但能溶解于浓硫酸。
方法：以浓H2SO4为介质； 亚硝基硫酸法（NO+HSO4-)。
NH2
NH2
NO2 Cl
NO2
NO2
NO2
H3CO
S NH2
N
即先将芳伯胺溶解于4-5倍质量的浓硫酸中，然后在一定温 度下加入微过量的亚硝酰硫酸溶液。为了节省硫酸用量，简 化工艺，也可以向芳伯胺的浓硫酸溶液中直接加入干燥的粉 状亚硝酸钠。
方法：加热溶解，冷却析出；快速顺法
NH2
CH3
NH2 Cl
NO2
NO2 NH2
Cl
即先将芳伯胺溶解于过量较多、浓度较高的热的稀盐酸或稀
硫酸中，然后加冰冷却至一定温度，使大部分胺盐以很细地
沉淀析出，然后迅速加入亚硝酸钠水溶液，以避免生成重氮
氨基化合物。
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3. 碱性很弱的芳胺
特点：（1）有两个或两个以上强吸电基；
上述各种活泼质点的活泼性次序是： ON+ ＞ON-Br＞ON-Cl＞ON-ON2＞ON-OH
2、反应历程
重氮化反应历程是N-亚硝化-脱水反应，可简要表示如下：
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二、 一般反应条件 （1）低温反应：0～10℃
HNO2
H2O+NO
A rN N O H A r N 2 O H
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式中X可以是Cl、Br、NO3、HSO4等。工业上常采用盐酸。
在重氮化过程中和反应终了，要始终保持反应介质对
刚果红试纸呈强酸性（pH＜2)，如果酸量不足，可能导
致生成的重氮盐与没有起反应的芳胺生成重氮氨基化合
物：
ArN2X + ArNH2 → ArN=NNH—Ar + HX
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8-2 重氮化反应
重氮-N-磺酸钠
SO 3Na
+H2O -NaHSO 4
ArNHNH SO 3Na+ -N H a C H l+ S H O 24 O
芳肼-N,N’-磺 ArNHNH2 酸钠HCl
芳肼磺酸钠
芳肼盐酸盐
NHNH2 NHNH2 NHNH2
NHNH2 Cl
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Cl
Cl
SO3H
SO3H
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Cl