重氮化和重氮盐反应精细有机合成.pptx
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1、12023/3/27概述概述重氮化重氮化 (Diazotization)重氮盐的反应重氮盐的反应 本章教学基本内容本章教学基本内容第1页/共68页22023/3/278-1 8-1 概述概述 重氮化反应及其特点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:式中X X可以是ClCl、BrBr、NONO3 3、HSOHSO4 4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(pH2),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+A
2、rNH2 ArN=NNHAr+HX结构第2页/共68页32023/3/27第3页/共68页42023/3/27用途用途Ar-N2+X-Ar-NHNH2NaSO3,NaHSO3还原Ar-N2+X-+Ar-NH2 Ar-N=N-Ar-NH2Ar-N2+X-+Ar-OH Ar-N=N-Ar-OH偶合偶合 ArN2X-ArY Y=F,Cl,Br,I,CN,OH,H等等重氮基转化第4页/共68页52023/3/278-2 8-2 重氮化反应重氮化反应重氮化反应历程重氮化反应历程重氮化反应影响因素重氮化反应影响因素重氮化方法重氮化方法第5页/共68页62023/3/27一、一、重氮化反应历程重氮化反应历程
3、芳伯胺重氮化反应历程是亲电的N-N-亚硝化-脱水反应。1 1、亲电质点:与反应体系所用无机酸种类和浓度有关。第6页/共68页72023/3/27(1)在稀盐酸中进行重氮化时,主要活泼质点是亚硝酰氯(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,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
4、ON-OH+HBr ON-Br+H2O第7页/共68页82023/3/27(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+上述各种活泼质点的活泼性次序是:ON+ON-BrON-ClON-ON2ON-OH重氮化反应历程是重氮化反应历程是N-N-亚硝化亚硝化-脱水反应,可简要表示如下:脱水反应,可简要表示如下:2、反应历程第8页/共68页92023/3/27二、二、一般反应条件一般反应条件(1 1)低温反应:0 010 10 HNO2 H2O+NO第9页/共68页102023/3/27(2)无机酸的用量和
5、浓度酸的作用:溶解芳胺:ArNH2+HCl ArNH3+Cl-产生HNO2:HCl+NaNO2 HNO2+NaCl维持反应介质强酸性 n 酸要过量酸要过量理论量:理论量:n(HX):n(ArNH2)=2:1 实际比实际比:n(HX):n(ArNH2)=2.5-4:1第10页/共68页112023/3/27 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。(3)亚硝酸钠使淀粉碘化钾试纸变蓝第11页/共68页122023/3/2
6、7 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。3HNO2 NO2+2NO+H2O2NO2+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。第12页/共68页132023/3/27(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。2、在浓硫酸中进行重氮化时,通常要将干燥
7、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。第13页/共68页142023/3/27三、三、重氮化方法重氮化方法1.1.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:慢速顺法铵盐不溶于水:快速顺法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。第14页/共68页152023/3/272.2.碱性较弱的芳胺 特点:(1 1)带一个强吸电基或多个-Cl-Cl;(2 2)难成铵盐,且铵盐难溶于水;(3 3)易生成游离胺;(4 4)反应速度快。方法:加热溶解,冷却析出;快速顺法即先将芳伯胺
8、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。第15页/共68页162023/3/273.碱性很弱的芳胺 特点:(1)有两个或两个以上强吸电基;(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-)。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。第16页/共68页172023/3/274.4.氨基芳磺酸或氨基芳羧酸的重氮化
9、 特点:(1 1)易形成内盐,在酸性介质下不溶;(2 2)可以溶于碱。方法:碱溶酸析;顺式重氮化法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。第17页/共68页182023/3/275.5.氨基酚类的重氮化氨基酚类的重氮化n容易被氧化的氨基酚类(苯系、萘系邻、对氨基酚)。n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。n方法:可在中性到弱酸性介质中,在硫酸铜存在下重氮化。第18页/共68页192023/3/27n例如:n2-氨基-4,6-二硝基苯酚,其
10、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。nl-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:第19页/共68页202023/3/27二胺类化合物的重氮化可分为三种情况。n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。n但邻苯二胺可在乙酸中用亚硝酰硫酸双重氮化。6、二胺类的重氮化、二胺类的重氮化第20页/共68页212023/3/27n间二胺类:其特点是极易重氮化及与重氮化合物偶合。n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
11、身偶合,如俾士麦棕G偶氮染料的制备。第21页/共68页222023/3/27n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。第22页/共68页232023/3/27n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。n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。n如果将两个氨基都重氮化则需在浓硫酸中进行。第23页/共68页242023/3/27四、四、重氮化设备重氮化设备 重氮
12、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1020M3。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。第24页/共68页252023/3/27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
13、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。芳伯胺重氮化时应注意的共性问题:芳伯胺重氮化时应注意的共性问题: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
14、湿。第25页/共68页262023/3/278-3 8-3 重氮盐的反应重氮盐的反应保留氮的重氮基转化反应保留氮的重氮基转化反应放出氮的重氮基转化反应放出氮的重氮基转化反应+第26页/共68页272023/3/27一、保留氮的重氮基转化反应一、保留氮的重氮基转化反应n重氮盐还原为芳肼重氮盐还原为芳肼n偶合反应偶合反应第27页/共68页282023/3/27(一)(一)重氮盐还原为芳肼重氮盐还原为芳肼 在亚硫酸盐和亚硫酸氢盐1:11:1的混合物的作用下,重氮盐可以还原芳肼。重氮重氮-N-N-磺酸钠磺酸钠芳肼芳肼-N,N-N,N-磺酸磺酸钠钠芳肼磺酸钠芳肼磺酸钠芳肼盐酸盐芳肼盐酸盐第28页/共68
15、页292023/3/27P222 8-1(1)第29页/共68页302023/3/27P222 8-1(2)第30页/共68页312023/3/27(二)偶合反应(二)偶合反应n定义定义 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。重氮组分偶合组分第31页/共68页322023/3/27(1 1)酚类:)酚类:(2 2)胺类)胺类偶合组分:偶合组分中同时含有氨基和羟基时,则在酸性偶合时,偶氮基进入氨基的邻对位;在碱性偶合时,偶氮基进入羟基的邻对位。重氮组分:第32页/共68页332023/3/27偶合反应应用实例酸性嫩黄G的合成操作方法 重氮化。重氮桶中放
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