精细有机合成11第十一章重氮化与重氮盐的转化.ppt

1,第十一章 重氮化与重氮盐的转化,2,第一节 概述,一、重氮化反应及其特点1 重氮化合物定义：指分子中含有两个氮原子相连的基团，而这个基团只有一端与碳原子相连，而另一端则不与C原子相连。（与偶氮化合物相区别）,3,2.重氮化反应定义：将芳伯胺等胺基化合物在低温下及强酸（其中盐酸及硫酸最为常用）水溶液中，与亚硝酸作用生成重氮盐的反应，称为重氮化反应。,4,3.重氮化反应在有机合成中的应用：用来合成与亲电取代反应相悖的化合物，尤其是各种偶氮染料、有机颜料和医药中间体的重要的基本的方法，在精细有机合成中被广泛应用。如：间氯甲苯的合成。,5,6,4脂肪胺与芳胺的重氮化反应特点：由脂肪伯胺得到的重氮化合物很不稳定，容易分解成醇类化合物，在有机合成上没有多少价值。由芳伯胺制得的重氮化合物性质稳定，可用来制备许多重要的中间体。在精细化学品的合成中有着重要的意义。,7,二、重氮盐的结构与性质 1重氮盐的结构重氮盐的结构为：重氮盐的反应一般是在强酸性到弱碱性介质中进行的。其pH值的高低与目的反应有关。,8,2重氮盐的性质（1）重氮盐具有类似铵盐的性质，一般可溶于水，不溶于有机溶剂。重氮化后溶液是否澄清可作为反应正常与否的标志。（2）干燥的重氮盐极不稳定，受热爆炸。（3）重氮盐在低温水溶液中比稳定且具有高反应活性。生产中常不必分离出重氮盐结晶，而用其水溶液进行下一步反应。（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。,9,三、重氮化反应的应用重氮盐能发生置换、还原、偶合、加成等多种反应。1制备偶氮染料例如：对氨基苯磺酸重氮化后得到的重氮盐与2萘酚6磺酸钠偶合，得到食用色素6。,10,2制备中间体例如：重氮盐还原制备苯肼中间体：,11,又如：重氮盐置换得对氯甲苯中间体：若用甲苯直接氯化，产物为邻氯甲苯（沸点159）和对氯甲苯（沸点160）的混合物。二者物理性质相近，很难分离。,12,13,14,但发生以上重氮化反应时，因重氮盐较活泼，所以经常会发生副反应。如：采用2，6-二氟苯胺为原料合成2，6-二氟氯苯时，会生成间二氟苯、2，6-二氟苯酚，以及联苯系等副产。,15,16,第二节 重氮化反应,复习：甲基橙的制备：1重氮化反应,17,2偶合反应 利用淀粉-KI试纸检验的过程。,18,一、重氮化反应历程属于亲电取代反应。NaNO2+HCl HNO2+NaCl 2HNO2 N2O3（亲电质点）+H2O N2O3 NO+（亲电质点）+NO2HNO2+H3O+Cl2 NOCl（亲电质点）+2H2O,19,二、反应影响因素 1无机酸的性质在重氮化时常采用盐酸，硫酸则用得较少。,20,2无机酸的用量和浓度无机酸的用量和浓度与参与反应的芳胺结构有关。理论上，酸的摩尔用量为芳伯胺的2倍，即1mol芳伯胺需2mol盐酸。对于碱性较弱的芳伯胺，其酸用量和浓度都应相对提高。,21,3亚硝酸钠（1）亚硝酸制备：通常新鲜亚硝酸是由亚硝酸钠与无机酸（盐酸或硫酸等）作用而得。（2）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，加料速度不能太快，防止产生“黄烟”即NO2。,22,4芳胺碱性当芳伯胺的芳环上连有供电子基团时，芳伯胺碱性增强，反应速度加快；当芳伯胺的芳环上连有吸电子基团时，芳伯胺碱性减弱，反应速度变慢。,23,5温度反应温度常在低温010进行，在该温度范围内，亚硝酸的溶解度较大，而且生成的重氮盐也不致分解。为保持此适宜温度范围，可采取直接加冰冷却或冷冻氯化钙水溶液或冷冻盐水间接冷却。芳伯胺的碱性愈强，重氮化的适宜温度愈低，若生成的重氮盐较稳定，亦可在较高的温度下进行重氮化。,24,三、重氮化操作方法、设备及安全生产1芳伯胺重氮化时应注意的共性问题（1）重氮化反应所用原料应纯净且不含异构体。在使用前应先进行精制（如蒸馏、重结晶等）。（2）重氮化反应的终点控制要准确。过量的亚硝酸会促使重氮盐分解。（3）亚硝酸过量的检测方法：用碘化钾淀粉试纸。当白色的试纸刚变成浅兰色时，即表示亚硝酸的量是适合的；若变成兰色，则亚硝酸已经过量了。2HNO2+2KI+2H2O I2+2KCl+2H2O+2NO,25,（4）过量的亚硝酸去除方法：加入氨基磺酸或尿素将过量的亚硝酸分解；也可以加入少量的芳胺，使之与过量的亚硝酸作用。H2N-SO3H+HNO2H2SO4+N2+H2OH2N-CO-NH2+2HNO2CO2+2N2+3H2O（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。,26,2.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010进行。盐酸用量一般为芳伯胺的34mol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1012倍。应控制亚硝酸钠的加料速度，以确保反应正常进行。,27,（2）连续操作法本法适用于碱性较强芳伯胺的重氮化。由于反应过程的连续性，可较大地提高重氮化反应的温度以增加反应速率。重氮化反应一般在低温下进行，目的是为避免生成的重氮盐发生分解和破坏。连续操作可以利用反应产生的热量提高温度，加快反应速度，缩短反应时间，适合于大规模生产。例如，由苯胺制备苯肼就是采用连续重氮化法，重氮化温度可提高到5060。,28,29,（3）倒加料法 本法适用于一些两性化合物，即含SO3H、COOH等吸电子基团的芳伯胺，如对氨基苯磺酸和对氨基苯甲酸等，还适用于一些易于偶合的芳伯胺重氮化。此类胺盐在酸液中生成两性离子的内盐沉淀，故不溶于酸中，因而很难重氮化。其操作方法是：将这类化合物先与碱作用制成钠盐以增加溶解度，并溶于水中，再加入需要量的NaNO2，然后将此混合液加入到预先经冷却的稀酸中进行重氮化。,30,（4）浓酸法本法适用于碱性很弱的芳伯胺，如二硝基苯胺、杂环位胺等。因其碱性弱，在稀酸中几乎完全以游离胺存在，不溶于稀酸，反应难以进行。为此常在浓硫酸中进行重氮化。该重氮化方法是借助于最强的重氮化活泼质点（NO+），才使电子云密度显著降低的芳伯胺氮原子能够进行反应。其操作方法是：将该类芳伯胺溶解在浓硫酸中，加入亚硝酸钠液或亚硝酸钠固体，在浓硫酸中的溶液中进行重氮化。,31,由于亚硝酰硫酸放出亚硝酰正离子（NO+）较慢，可加入冰醋酸或磷酸以加快亚硝酰正离子的释放而使反应加速。如：,32,（5）亚硝酸酯法 本法是将芳伯胺盐溶于醇、冰醋酸或其他有机溶剂（如DMF、丙酮等）中，用亚硝酸酯进行重氮化。常用的亚硝酸酯有亚硝酸戊酯、亚硝酸丁酯等。此法制成的重氮盐，可在反应结束后加入大量乙醚，使其从有机溶剂中析出，再用水溶解，可得到纯度很高的重氮盐。,33,3重氮化反应设备及安全生产（1）重氮化反应设备 重氮化一般采用间歇操作，选择釜式反应器。反应器不宜直接使用金属材料。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。,34,35,（2）安全生产重氮盐性质活泼易爆炸，在进行重氮化反应时，要注意设备及附近环境的清洗，防止设备、器皿、工作环境等处残留的重氮盐干燥后发生爆炸事故。重氮化反应中的酸有较强腐蚀性，特别是浓硫酸。应严格按工艺规程操作，避免灼伤、腐蚀等严重生产事故。重氮化反应中，过量亚硝酸钠会使反应系统逸出NO、Cl2等有毒有害的刺激性气体。参加反应的芳伯胺亦具有毒性，特别是活泼的芳伯胺，毒性更强。所以反应设备应密闭，要求设备、环境、通风要有保证，以保障生产和环境的安全。特别需要注意的是，通风管道中若残留干燥的胺，遇氮的氧化物也能重氮化并自动发热而自燃，因此要经常清理、冲刷通风管道。,