重氮化反应

化学反应

重氮化反应是一种化学反应，是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（一般在低温下进行，伯胺和酸的摩尔比是1：2.5）。

简介

化学反应

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。

机理

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。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。

重氮化反应可用反应式表示为：

Ar-NH2 + 2HX + NaNO2=Ar-N2X + NaX + 2H2O

影响因素

酸的用量

在重氮化反应中，无机酸的作用是：首先使芳胺溶解，次之和亚硝酸钠生成亚硝酸，最后与芳胺作用生成重氮盐。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，尽管按反应式计算，一摩氨基重氮化仅需2摩酸；但要使反应得以进行，酸必须适当过量。酸的过量取决于芳胺的碱性。碱性越弱，过量越多，一般是过量25%-100%.有的过量更多，甚至需浓硫酸。

重氮化反应时若酸用量不足，生成的重氮盐容易和未反应的芳胺偶合，生成重氮氨基化合物。这是一种不可逆的自偶合反应，它使重氮盐的质量变差，影响偶合反应的正常进行并降低偶合收率。在酸不足的情况下，重氮盐容易分解，且温度越高分解越快。一般重氮化反应完成后，溶液仍称强酸性，能使刚果红试纸变色。

酸的浓度

无机酸的浓度对重氮化的影响可以从不溶性的芳胺的溶解生成铵盐，铵盐水解生成溶解的游离胺及亚硝酸的电离等几个方面加以讨论。

亚硝酸钠用量

按重氮化反应方程式，1摩尔氨基重氮化需要1摩尔的亚硝酸钠。重氮化反应进行时，自始至终必须保持亚硝酸钠稍微过量，否则引起自偶合反应。这可由加入亚硝酸钠的速度来控制。加料速度太慢，未重氮化的芳胺会和重氮盐作用发生自偶合反应。加入速度过快会发生亚硝酸分解或其他副反应。反应时可用淀粉-碘化钾试纸检验，根据颜色的不同来判断。过量的亚硝酸对下一步偶合也不利，会使偶合组分亚硝化、氧化或发生其他反应。所以，反应结束后，要加尿素或氨基磺酸来分解过量的亚硝酸。

反应温度

重氮化反应一般在0-5℃进行，这是因为大部分重氮盐在低温下较稳定，在较高温度下重氮盐分解速度加快的结果。另外亚硝酸在较高温度下也容易分解。重氮化反应温度常取决于重氮盐的稳定性，对-氨基苯磺酸重氮盐稳定性高，重氮化温度可在10-15℃进行；1-氨基萘-4-磺酸重氮盐稳定性更高，重氮化温度可在35℃进行。重氮化反应一般在较低温度下进行这一原则不是绝对的，在间歇反应锅中重氮反应时间长，保持较低的反应温度是正确的，但在管道中进行重氮化时，反应中生成的重氮盐会很快转化，因此重氮化反应可在较高温度下进行。

芳胺碱性

从反应机理看，芳胺的碱性越强，越有利于N-亚硝化反应，从而提高了重氮化反应速率。但强碱性的胺类能与酸生成铵盐降低了游离胺的浓度，因此，这也抑制了重氮化反应速率。当酸的浓度低时，芳胺的碱性对N-亚硝化的影响是主要的，这时芳胺的碱性越强，反应速率越快。在酸的浓度很高时，铵盐的水解难易是主要影响因素，这时碱性较弱的芳伯胺的重氮化速率快。

一般方法

重氮化方法有顺法和逆法两种方法。

顺法

顺法就是在色基中先加适量水调合，再加入规定量盐酸，在低温和不断搅拌下缓缓加入亚硝酸钠，使重氮化反应完成。色基大红G、色基橙GC与色基紫酱GBC都可采用顺法。重氮化温度为5～10℃，时间约10min，温度过高、时间过短，都不能得到较好的重氮化结果。为使重氮化反应完全，还需将色基重氮化溶液放置15min左右，临用前加适量的醋酸和醋酸钠。大多数溶于稀无机酸的芳伯胺采用此法重氮化。

逆法

逆法重氮化是将色基与亚硝酸钠和适量的冷水调成均匀糊状并加冰冷却，然后将它缓慢倾入不断搅拌的冰盐酸溶液中，使反应完成，色基红B等就是采用逆法重氮化的。在稀酸中难溶解的氨基芳磺酸等用此法重氮化。

HNO5S法

亚硝酰硫酸法用于在稀酸中难溶解的芳伯胺（碱性极弱）重氮化,即先将芳伯胺溶于浓硫酸或冰醋酸中,再向其中加入亚硝酰硫酸溶液。

其他方法

根据不同芳胺的性质，可以确定他们的重氮化条件：

碱性较强

如苯胺、甲苯胺、甲氧基苯胺、二甲苯胺以及连甲氧基苯胺等，这些芳胺碱性较强，分子中不含吸电子基，容易和无机酸生成稳定的铵盐。铵盐较难水解，重氮化时，酸量不易过量，否则溶液中芳胺量过少，影响反应速率。重氮化时，一般将芳胺溶于稀酸中，然后再冷却的条件下，加入亚硝酸钠溶液.

碱性较弱的芳胺

如硝基甲苯、硝基苯胺、多氯苯胺等，这些芳胺含有吸电子基团，碱性较弱，难以和稀酸成盐，生成铵盐。必须用浓度较高的酸加热使芳胺溶解，然后冷却析出芳胺沉淀，快速加入亚硝酸溶液并过量。

弱碱性芳胺

若芳胺的碱性降低到即使使用很浓的酸也不能使其溶解，他们的重氮化就要用亚硝酸钠和浓硫酸为重氮化试剂。