重氮化與重氮鹽

關(guān)于重氮化與重氮鹽1第1頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

概述

一、重氮化反應(yīng)及其特點1．

重氮化合物定義：指分子中含有兩個氮原子相連的基團，而這個基團只有一端與碳原子相連，而另一端則不與C原子相連。（與偶氮化合物相區(qū)別）第2頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2.重氮化反應(yīng)定義：將芳伯胺等胺基化合物在低溫下及強酸（其中鹽酸及硫酸最為常用）水溶液中，與亞硝酸作用生成重氮鹽的反應(yīng)，稱為重氮化反應(yīng)。第3頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月3.

★重氮化反應(yīng)在有機合成中的應(yīng)用：

用來合成與親電取代反應(yīng)相悖的化合物，尤其是各種偶氮染料、有機顏料和醫(yī)藥中間體的重要的基本的方法，在精細有機合成中被廣泛應(yīng)用。如：間氯甲苯的合成。第4頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月4．脂肪胺與芳胺的重氮化反應(yīng)特點：

脂肪伯胺得到的重氮化合物很不穩(wěn)定，容易分解成醇類化合物，在有機合成上沒有多少價值。

由由芳伯胺制得的重氮化合物性質(zhì)穩(wěn)定，可用來制備許多重要的中間體。在精細化學(xué)品的合成中有著重要的意義。第5頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月二、重氮鹽的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

1．重氮鹽的結(jié)構(gòu)重氮鹽的結(jié)構(gòu)為：

重氮鹽的反應(yīng)一般是在強酸性到弱堿性介質(zhì)中進行的。其pH值的高低與目的反應(yīng)有關(guān)。第6頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2．★重氮鹽的性質(zhì)（2）干燥的重氮鹽極不穩(wěn)定，受熱爆炸。

（1）重氮鹽具有類似銨鹽的性質(zhì)，一般可溶于水，不溶于有機溶劑。重氮化后溶液是否澄清可作為反應(yīng)正常與否的標志。

（3）重氮鹽在低溫水溶液中比穩(wěn)定且具有高反應(yīng)活性。生產(chǎn)中常不必分離出重氮鹽結(jié)晶，而用其水溶液進行下一步反應(yīng)。第7頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月8

（4）重氮鹽可發(fā)生兩類反應(yīng)：一類是重氮基轉(zhuǎn)化為偶氮基（偶合）或肼基（還原），非脫落氮原子的反應(yīng)；另一類是重氮基被其他取代基所置換，同時脫落兩個氮原子放出氮氣的反應(yīng)。

（5）重氮鹽性質(zhì)活潑，本身價值不高，但通過上述兩類重氮鹽的反應(yīng)，可制得一系列重要的有機中間體。第8頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

重氮化反應(yīng)

★復(fù)習(xí)：甲基橙的制備：

1．重氮化反應(yīng)

第9頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2．偶合反應(yīng)利用淀粉-KI試紙檢驗的過程。第10頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月一、重氮化反應(yīng)歷程

NaNO2+HCl→HNO2+NaClHNO2+HCl→NOCl（親電質(zhì)點）+H2O（稀鹽酸中）

2HNO2→N2O3（親電質(zhì)點）+H2O（稀硫酸中）

N2O3→NO+（親電質(zhì)點）+NO2（濃硫酸中）屬于親電取代反應(yīng)。第11頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月12親電質(zhì)點活性O(shè)N+

＞ON－Br＞ON－Cl機理第12頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月二、反應(yīng)影響因素

1．無機酸的性質(zhì)在重氮化時常采用鹽酸，硫酸則用得較少。當用鹽酸難以重氮化時，則需要在濃硫酸中進行。第13頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2．無機酸的用量和濃度

理論上，酸的摩爾用量為芳伯胺的2倍，即1mol芳伯胺需2mol鹽酸。對于堿性較弱的芳伯胺，其酸用量和濃度都應(yīng)相對提高。

無機酸的用量和濃度與參與反應(yīng)的芳胺結(jié)構(gòu)有關(guān)。第14頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月3．亞硝酸鈉（2）亞硝酸鈉的加料進度：取決于重氮化反應(yīng)速度的快慢，主要目的是保證整個反應(yīng)過程自始至終不缺少亞硝酸鈉，以防止產(chǎn)生重氮氨基物的黃色沉淀，加料速度不能太快，防止產(chǎn)生“黃煙”即NO2。

（1）亞硝酸制備：通常新鮮亞硝酸是由亞硝酸鈉與無機酸（鹽酸或硫酸等）作用而得。第15頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月16

反應(yīng)結(jié)束后，可以用KI淀粉試紙判斷重氮化是否完成。

過量的亞硝酸會促使重氮鹽分解，可以用尿素或氨基磺酸去除。第16頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月4．芳胺堿性

當芳伯胺的芳環(huán)上連有供電子基團時，芳伯胺堿性增強，反應(yīng)速度加快；當芳伯胺的芳環(huán)上連有吸電子基團時，芳伯胺堿性減弱，反應(yīng)速度變慢。第17頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月5．溫度反應(yīng)溫度常在低溫0～10℃進行，在該溫度范圍內(nèi)，亞硝酸的溶解度較大，而且生成的重氮鹽也不致分解。為保持此適宜溫度范圍，可采取直接加冰冷卻或冷凍氯化鈣水溶液或冷凍鹽水間接冷卻。芳伯胺的堿性愈強，重氮化的適宜溫度愈低，若生成的重氮鹽較穩(wěn)定（弱酸鹽），亦可在較高的溫度下進行重氮化。

第18頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月三、重氮化操作方法、設(shè)備及安全生產(chǎn)（2）重氮化反應(yīng)的終點控制要準確。過量的亞硝酸會促使重氮鹽分解。（1）重氮化反應(yīng)所用原料應(yīng)純凈且不含異構(gòu)體。在使用前應(yīng)先進行精制（如蒸餾、重結(jié)晶等）。1．芳伯胺重氮化時應(yīng)注意的共性問題第19頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月20

（3）亞硝酸過量的檢測方法：用碘化鉀淀粉試紙。當白色的試紙剛變成淺蘭色時，即表示亞硝酸的量是適合的；若變成蘭色，則亞硝酸已經(jīng)過量了。

2HNO2+2KI+2H2O→I2+2KCl+2H2O+2NO

（4）過量的亞硝酸去除方法：加入氨基磺酸或尿素將過量的亞硝酸分解；也可以加入少量的芳胺，使之與過量的亞硝酸作用。H2N-SO3H+HNO2→H2SO4+N2↑+H2OH2N-CO-NH2+2HNO2→CO2↑+2N2↑+3H2O第20頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（6）防止重氮化合物受熱和強光照射，并保持生產(chǎn)環(huán)境的潮濕。（5）反應(yīng)的設(shè)備要有良好的傳熱措施第21頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2.重氮化操作方法（1）直接法本法適用于堿性較強的芳胺，即為含有給電子基團的芳胺，這些胺類可與無機酸生成易溶于水，但難以水解的穩(wěn)定銨鹽。其操作方法是：將計算量（或稍過量）的亞硝酸鈉水溶液在冷卻攪拌下，先快后慢的滴加到芳胺的稀酸水溶液中，進行重氮化，直到亞硝酸鈉稍微過量為止。此法亦稱正加法，應(yīng)用最為普遍。反應(yīng)溫度一般在0～10℃進行。鹽酸用量一般為芳伯胺的3～4mol為宜。水的用量一般應(yīng)控制在到反應(yīng)結(jié)束時，反應(yīng)液總體積為胺量的10～12倍。應(yīng)控制亞硝酸鈉的加料速度，以確保反應(yīng)正常進行。

第22頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月連續(xù)操作法本法適用于堿性較強芳伯胺的重氮化。由于反應(yīng)過程的連續(xù)性，可較大地提高重氮化反應(yīng)的溫度以增加反應(yīng)速率。重氮化反應(yīng)一般在低溫下進行，目的是為避免生成的重氮鹽發(fā)生分解和破壞。連續(xù)操作可以利用反應(yīng)產(chǎn)生的熱量提高溫度，加快反應(yīng)速度，縮短反應(yīng)時間，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。例如，由苯胺制備苯肼就是采用連續(xù)重氮化法，重氮化溫度可提高到50～60℃。

第23頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）倒加料法（反重氮化法）本法適用于一些兩性化合物，即含－SO3H、－COOH等吸電子基團的芳伯胺，如對氨基苯磺酸和對氨基苯甲酸等，還適用于一些易于偶合的芳伯胺重氮化。此類胺鹽在酸液中生成兩性離子的內(nèi)鹽沉淀，故不溶于酸中，因而很難重氮化。其操作方法是：將這類化合物先與堿作用制成鈉鹽以增加溶解度，并溶于水中，再加入需要量的NaNO2，然后將此混合液加入到預(yù)先經(jīng)冷卻的稀酸中進行重氮化。

第25頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）濃酸法本法適用于堿性很弱的芳伯胺，如二硝基苯胺、雜環(huán)α－位胺等。因其堿性弱，在稀酸中幾乎完全以游離胺存在，不溶于稀酸，反應(yīng)難以進行。為此常在濃硫酸中進行重氮化。該重氮化方法是借助于最強的重氮化活潑質(zhì)點（NO+），才使電子云密度顯著降低的芳伯胺氮原子能夠進行反應(yīng)。其操作方法是：將該類芳伯胺溶解在濃硫酸中，加入亞硝酸鈉液或亞硝酸鈉固體，在濃硫酸中的溶液中進行重氮化。第26頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于亞硝酰硫酸放出亞硝酰正離子（NO+）較慢，可加入冰醋酸或磷酸以加快亞硝酰正離子的釋放而使反應(yīng)加速。如：第27頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）亞硝酸酯法

本法是將芳伯胺鹽溶于醇、冰醋酸或其他有機溶劑（如DMF、丙酮等）中，用亞硝酸酯進行重氮化。常用的亞硝酸酯有亞硝酸戊酯、亞硝酸丁酯等。此法制成的重氮鹽，可在反應(yīng)結(jié)束后加入大量乙醚，使其從有機溶劑中析出，再用水溶解，可得到純度很高的重氮鹽。

第28頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月3．重氮化反應(yīng)設(shè)備及安全生產(chǎn)（1）重氮化反應(yīng)設(shè)備重氮化一般采用間歇操作，選擇釜式反應(yīng)器。反應(yīng)器不宜直接使用金屬材料。大型重氮反應(yīng)器通常為內(nèi)襯耐酸磚的鋼槽或直接選用塑料制反應(yīng)器。小型重氮設(shè)備通常為鋼制加內(nèi)襯。用稀硫酸重氮化時，可用搪鉛設(shè)備，其原因是鉛與硫酸可形成硫酸鉛保護模；若用濃硫酸，可用鋼制反應(yīng)器；若用鹽酸，因其對金屬腐蝕性較強，一般用搪玻璃設(shè)備。

第29頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月第30頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月31第31頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）安全生產(chǎn)重氮鹽性質(zhì)活潑易爆炸，在進行重氮化反應(yīng)時，要注意設(shè)備及附近環(huán)境的清洗，防止設(shè)備、器皿、工作環(huán)境等處殘留的重氮鹽干燥后發(fā)生爆炸事故。重氮化反應(yīng)中的酸有較強腐蝕性，特別是濃硫酸。應(yīng)嚴格按工藝規(guī)程操作，避免灼傷、腐蝕等嚴重生產(chǎn)事故。重氮化反應(yīng)中，過量亞硝酸鈉會使反應(yīng)系統(tǒng)逸出NO、Cl2等有毒有害的刺激性氣體。參加反應(yīng)的芳伯胺亦具有毒性，特別是活潑的芳伯胺，毒性更強。所以反應(yīng)設(shè)備應(yīng)密閉，要求設(shè)備、環(huán)境、通風要有保證，以保障生產(chǎn)和環(huán)境的安全。特別需要注意的是，通風管道中若殘留干燥的胺，遇氮的氧化物也能重氮化并自動發(fā)熱而自燃，因此要經(jīng)常清理、沖刷通風管道。第32頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月33三、重氮化反應(yīng)的應(yīng)用

重氮鹽能發(fā)生置換、還原、偶合、加成等多種反應(yīng)。第33頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月341．制備偶氮染料例如：對氨基苯磺酸重氮化后得到的重氮鹽與2－萘酚－6－磺酸鈉偶合，得到食用色素6。

解釋該產(chǎn)物結(jié)果第34頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月352．還原制備苯肼例如：重氮鹽還原制備苯肼中間體：

（1）N－加成磺化反應(yīng)：介質(zhì)PH值6.5～8，反應(yīng)溫度0～80℃（2）水解反應(yīng)：加入酸使PH值＜2，反應(yīng)溫度60～90℃第35頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月363.重氮鹽鹵素置換1）被氯或溴置換

Sandmeyer若用甲苯直接氯化，產(chǎn)物為鄰氯甲苯（沸點159℃）和對氯甲苯（沸點160℃）的混合物。二者物理性質(zhì)相近，很難分離第36頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月37第37頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月38①反應(yīng)是自由基歷程，催化劑CuCl起電子轉(zhuǎn)移作用。②HCl溶液濃度不宜過高，酸性不宜太強。注意：③反應(yīng)速度與重氮鹽結(jié)構(gòu)有關(guān)，吸電子取代基加快反應(yīng)速度。第38頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月392）重氮鹽被碘取代①反應(yīng)可以采用Sandmeyer條件制備碘代物。②更簡便方法是與碘化鉀或碘化鈉反應(yīng)。第39頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月403）重氮鹽被氟置換SchiemannArN2+X－

BF4－

ArN2＋BF4－△Ar－F+N2+BF3注意：①鹽的加熱分解反應(yīng)控制非常重要，防止發(fā)生爆炸。②產(chǎn)物收率與鹽的沉淀效果有關(guān)，而其沉淀效果與環(huán)上取代基有關(guān)。第40頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月41反應(yīng)物取代氟苯收率（%）氟硼酸鹽法銻絡(luò)鹽法磷絡(luò)鹽法鄰硝基苯胺間硝基苯胺對硝