第22卷
第1期湖北师范学院学报(自然科学版) Jour nal o f Hubei N o rmal U niv ersity (N atur al Science ) V o l. 22N o . 1, 2002
用亚硝酸异戊酯对芳胺的重氮化
金传明1, 张久龙2, 龚楚儒1
(1. 湖北师范学院化学与环境工程系, 湖北黄石 435002;
2. 湖北十堰第一中学, 湖北十堰 442000)
摘要:本文依据芳胺的溶解度大小, 碱性强弱以及后叙反应的要求, 对在EtO Na+EtO H 体系中, 用亚硝酸
异戊酯对芳胺进行重氮化的方法及反应机理进行了讨论。
关 键 词:芳胺; 重氮化; 机理; 亚硝酸异戊酯
中图分类号:O625. 63 文献标识码:A 文章编号:1009-2714(2002) 01-0086-02
在基础有机化学中, 通常将芳胺在酸性条件下与亚硝酸钠作用生成重氮盐的反应称为重氮化(diazotizatio n) 。重氮化反应在有机化学中是一类较为重要的反应。特别是胺类化合物重氮化后的后续反应在有机合成中具有更为重要的应用。我们在长期的科研工作中对有关重氮化反应的方法进行了不断的摸索, 得到了一些有意义的结果, 本文简要介绍有关方法与应用, 与同行共勉。
一般重氮化的方法是用亚硝酸钠在稀盐酸(4N 或6N ) 存在下与芳香胺在低温下(5℃以下) 反应, 用反应方程式表示如下:
ArN H +HCl +Na NO 22〔1〕
但是在实际研究中并不是每一个芳胺都能用这一方法, 不同的化合物应根据具体情况采用不同的方法。例如文献2中就用了三种方法重氮化。根据我们的经验, 我们认为物质的溶解度大小, 碱性强弱以及后续反应不同是选择不同的重氮化方法的几个重要因素, 当然重氮反应中原料的投料顺序, 反应体系的酸度大小以及反应体系的温度也是应该考虑的因素。
一般芳香胺在亚硝酸钠的稀盐酸体系中进行重氮化, 应该用冰水浴来控制温度在
不同的芳胺在酸性水溶液中的溶解度是不一样的, 如果不溶将使得重氮化不能在均相中进行, 必将影响反应产率与效果。对某些化合物在稀盐酸中的溶解度不是太好的, 我们可以采取多加酸性溶液和加热助溶, 例如对硝基苯胺可以适当多加反应介质, 然后加热使其溶解, 快速冷却下使其成为细小颗粒, 然后重氮化, 这样有利于增加接触面积, 加快反应。对那些加热不溶解的化合物, 如对氨基苯甲酸, 我们可以根据其物化性能, 先将其溶解在适量的碱性溶液中(1∶1) , 让其成盐溶解后, 慢慢加入到稀盐酸与亚硝酸钠混合溶液中, 边加边搅拌, 也是很好的重氮化反应方法。
后叙反应的具体情况也是我们选择不同重氮化方法的依据, 比如对那种偶联成份只溶于有机相, 而加入水相中就容易生成沉淀的反应, 在酸性水溶液中重氮化后, 如果直接加入偶联成分肯定影响反〔收稿日期〕 2001-11-18
〔作者简介〕 金传明(1969— ) , 男, 博士生
应产率, 我们可以采用先在稀酸条件下重氮化, 然后加入HBF 4或者NaBF 4, 使其生成氟硼酸重氮盐白色沉淀, 过滤后, 然后在有机相中如THF , 乙醇溶液中将重氮盐引入, 发生偶联反应, 特别有利于反应产率的提高〔3〕。
对杂环芳胺的重氮化, 不同的杂环化合物有不同的重氮化方法, 比如对氨基噻唑, 氨基喹啉、氨基安替吡啉等, 可以采用一般盐酸体系重氮化的方法, 但是2-氨基苯并噻唑由于受到溶解度影响, 采用HCOO H 与浓硫酸、或者丙酸、冰醋酸与浓磷酸的体系中慢慢加亚硝酸钠来重氮化, 刚开始时是比较粘稠的溶液, 几个小时后变为澄清的溶液〔4〕。比较特殊的为2-氨基吡啶与4-氨基吡啶的重氮化, 它不能在酸性水溶液中进行重氮化, 因为在酸性溶液中重氮化后生成的重氮盐能马上与水作用生成相应的吡啶酮〔1〕, 如下图所示, 如在盐酸中重氮化则生成氯代吡啶, 而得不到重氮盐, 这可能是由于吡啶的特殊共振结构所决定的。NaNO 2, HCl
N O H
因此对氨基吡啶的重氮化文献中普遍采用亚硝酸异戊酯或亚硝酸正丁酯, 在有机碱醇钠存在下, N H 2O H 乙醇溶液中加热回流重氮化, 生成重氮酸盐的沉淀, 分离后在通入CO 2气体条件下调节p H 值用于后续的偶联反应, 如偶氮试剂3, 5-diBr-PADN 的合成。对其重氮化反应可以从以下机理来加以解释
CH 3C H 2C H 2CH 3
Ar N H 2+N =O
重排 ¨ 〔5〕〔6〕N N ←O RONa , △C H 3C H 2OH CH 3CH 2C H 2HO H +N =0C H 3+-H N H ¨O ¨N ¨O Ar -N =N -O H +H
+-H Ar -N =N -O H 2 -H O
H 2Ar -N =N :
从上面的机理可以看出, 亚硝酸异酯实际上是在有机强碱存在下, 加热回流发生酯的分解, 生成异戊醇和亚硝酸, 然后提供亚硝酰正离子, 对胺基氮发生亲电进攻, 这是同酸性条件下由亚硝酸提供亚硝酸酰正离子一样, 只是一个在酸性水溶液中进行, 另一个在碱性有机相中进行。它们更大的不同是后面的pH 值调节, 我们知道偶联反应的最佳pH 值是在弱酸, 中性或弱碱性条件下进行。亚硝酸异戊酯重氮化后生成的实际是重氮酸盐的沉淀, 必须通入二氧化碳气体, 使其重氮酸盐与重氮盐的平衡向右移动(如上图所示) 。实际上, 用亚硝酸异戊酯对芳香伯胺的重氮化不仅仅只局限于氨基吡啶的重氮化上, 对其他芳胺同样是适用的, 有时候用此方法可以取得更理想的效果〔7〕。
众所周知, 重氮化反应在有机合成中具有重要应用, 除能发生Sandmeyer 反应以外, 它的偶联反应能形成许多具有应用价值的化合物, 如偶氮染料, 偶氮试剂, 三氮烯试剂等, 特别是随着现代科技的发展, 偶氮高分子化合物在非线性光学材料, 液晶显示材料, 分子开关器件等方面具有潜在的应用前景。总之, 重氮化反应的方法是多种多样的, 我们应根据不同的条件来选择不同的方法, 只有这样才能在我们的研究中取得更为理想的结果。
参考文献:
〔1〕胡宏纹. 有机化学(下册). 高等教育出版社(第二版) , 1995, 568
〔2〕刘瑜, 张华山, 黎心懿等. 新三氮烯试剂的合成及其与离子显色反应的研究. 化学试剂, 1990, 12(2)
〔3〕Seiji Shinkai, Koji Araki, J ir o Shibata e t a l. J . Ch em. Soc. Per kin Tr ans. 1, 1990, 3333
〔4〕J in chua nming , Gong Churu, Hu Zho ng qiu et a l. Sy nthesis o f a new r eag ent 1-(6-nit ro-2-Benzothia zo ly ) -3-(4-N i-tr ophenyl ) -T riazene and study o n its colo r r eac tion with Cadmium . Chin . Chem . L ett . 1998, 9(7) , 655
〔5〕杨桂法, 王玉枝, 刘海峰等. 4-〔(3, 5-二溴-2-吡啶) 偶氮〕-1, 3-羟基萘合成的研究. 化学试剂, 1992, 14(3) 〔6〕李述文, 范如霖. 实用有机化学手册. 上海科学技术出版社(第一版) , 1981, 422
〔7〕Jin Chuanming, L u g uoy ua n, Y ou Xia ozeng etc. Synthesis of Hete roa ry la zosubstituted Calix 〔4〕a rena s. Sy nthesis,
2001, 7, 1023
第22卷
第1期湖北师范学院学报(自然科学版) Jour nal o f Hubei N o rmal U niv ersity (N atur al Science ) V o l. 22N o . 1, 2002
用亚硝酸异戊酯对芳胺的重氮化
金传明1, 张久龙2, 龚楚儒1
(1. 湖北师范学院化学与环境工程系, 湖北黄石 435002;
2. 湖北十堰第一中学, 湖北十堰 442000)
摘要:本文依据芳胺的溶解度大小, 碱性强弱以及后叙反应的要求, 对在EtO Na+EtO H 体系中, 用亚硝酸
异戊酯对芳胺进行重氮化的方法及反应机理进行了讨论。
关 键 词:芳胺; 重氮化; 机理; 亚硝酸异戊酯
中图分类号:O625. 63 文献标识码:A 文章编号:1009-2714(2002) 01-0086-02
在基础有机化学中, 通常将芳胺在酸性条件下与亚硝酸钠作用生成重氮盐的反应称为重氮化(diazotizatio n) 。重氮化反应在有机化学中是一类较为重要的反应。特别是胺类化合物重氮化后的后续反应在有机合成中具有更为重要的应用。我们在长期的科研工作中对有关重氮化反应的方法进行了不断的摸索, 得到了一些有意义的结果, 本文简要介绍有关方法与应用, 与同行共勉。
一般重氮化的方法是用亚硝酸钠在稀盐酸(4N 或6N ) 存在下与芳香胺在低温下(5℃以下) 反应, 用反应方程式表示如下:
ArN H +HCl +Na NO 22〔1〕
但是在实际研究中并不是每一个芳胺都能用这一方法, 不同的化合物应根据具体情况采用不同的方法。例如文献2中就用了三种方法重氮化。根据我们的经验, 我们认为物质的溶解度大小, 碱性强弱以及后续反应不同是选择不同的重氮化方法的几个重要因素, 当然重氮反应中原料的投料顺序, 反应体系的酸度大小以及反应体系的温度也是应该考虑的因素。
一般芳香胺在亚硝酸钠的稀盐酸体系中进行重氮化, 应该用冰水浴来控制温度在
不同的芳胺在酸性水溶液中的溶解度是不一样的, 如果不溶将使得重氮化不能在均相中进行, 必将影响反应产率与效果。对某些化合物在稀盐酸中的溶解度不是太好的, 我们可以采取多加酸性溶液和加热助溶, 例如对硝基苯胺可以适当多加反应介质, 然后加热使其溶解, 快速冷却下使其成为细小颗粒, 然后重氮化, 这样有利于增加接触面积, 加快反应。对那些加热不溶解的化合物, 如对氨基苯甲酸, 我们可以根据其物化性能, 先将其溶解在适量的碱性溶液中(1∶1) , 让其成盐溶解后, 慢慢加入到稀盐酸与亚硝酸钠混合溶液中, 边加边搅拌, 也是很好的重氮化反应方法。
后叙反应的具体情况也是我们选择不同重氮化方法的依据, 比如对那种偶联成份只溶于有机相, 而加入水相中就容易生成沉淀的反应, 在酸性水溶液中重氮化后, 如果直接加入偶联成分肯定影响反〔收稿日期〕 2001-11-18
〔作者简介〕 金传明(1969— ) , 男, 博士生
应产率, 我们可以采用先在稀酸条件下重氮化, 然后加入HBF 4或者NaBF 4, 使其生成氟硼酸重氮盐白色沉淀, 过滤后, 然后在有机相中如THF , 乙醇溶液中将重氮盐引入, 发生偶联反应, 特别有利于反应产率的提高〔3〕。
对杂环芳胺的重氮化, 不同的杂环化合物有不同的重氮化方法, 比如对氨基噻唑, 氨基喹啉、氨基安替吡啉等, 可以采用一般盐酸体系重氮化的方法, 但是2-氨基苯并噻唑由于受到溶解度影响, 采用HCOO H 与浓硫酸、或者丙酸、冰醋酸与浓磷酸的体系中慢慢加亚硝酸钠来重氮化, 刚开始时是比较粘稠的溶液, 几个小时后变为澄清的溶液〔4〕。比较特殊的为2-氨基吡啶与4-氨基吡啶的重氮化, 它不能在酸性水溶液中进行重氮化, 因为在酸性溶液中重氮化后生成的重氮盐能马上与水作用生成相应的吡啶酮〔1〕, 如下图所示, 如在盐酸中重氮化则生成氯代吡啶, 而得不到重氮盐, 这可能是由于吡啶的特殊共振结构所决定的。NaNO 2, HCl
N O H
因此对氨基吡啶的重氮化文献中普遍采用亚硝酸异戊酯或亚硝酸正丁酯, 在有机碱醇钠存在下, N H 2O H 乙醇溶液中加热回流重氮化, 生成重氮酸盐的沉淀, 分离后在通入CO 2气体条件下调节p H 值用于后续的偶联反应, 如偶氮试剂3, 5-diBr-PADN 的合成。对其重氮化反应可以从以下机理来加以解释
CH 3C H 2C H 2CH 3
Ar N H 2+N =O
重排 ¨ 〔5〕〔6〕N N ←O RONa , △C H 3C H 2OH CH 3CH 2C H 2HO H +N =0C H 3+-H N H ¨O ¨N ¨O Ar -N =N -O H +H
+-H Ar -N =N -O H 2 -H O
H 2Ar -N =N :
从上面的机理可以看出, 亚硝酸异酯实际上是在有机强碱存在下, 加热回流发生酯的分解, 生成异戊醇和亚硝酸, 然后提供亚硝酰正离子, 对胺基氮发生亲电进攻, 这是同酸性条件下由亚硝酸提供亚硝酸酰正离子一样, 只是一个在酸性水溶液中进行, 另一个在碱性有机相中进行。它们更大的不同是后面的pH 值调节, 我们知道偶联反应的最佳pH 值是在弱酸, 中性或弱碱性条件下进行。亚硝酸异戊酯重氮化后生成的实际是重氮酸盐的沉淀, 必须通入二氧化碳气体, 使其重氮酸盐与重氮盐的平衡向右移动(如上图所示) 。实际上, 用亚硝酸异戊酯对芳香伯胺的重氮化不仅仅只局限于氨基吡啶的重氮化上, 对其他芳胺同样是适用的, 有时候用此方法可以取得更理想的效果〔7〕。
众所周知, 重氮化反应在有机合成中具有重要应用, 除能发生Sandmeyer 反应以外, 它的偶联反应能形成许多具有应用价值的化合物, 如偶氮染料, 偶氮试剂, 三氮烯试剂等, 特别是随着现代科技的发展, 偶氮高分子化合物在非线性光学材料, 液晶显示材料, 分子开关器件等方面具有潜在的应用前景。总之, 重氮化反应的方法是多种多样的, 我们应根据不同的条件来选择不同的方法, 只有这样才能在我们的研究中取得更为理想的结果。
参考文献:
〔1〕胡宏纹. 有机化学(下册). 高等教育出版社(第二版) , 1995, 568
〔2〕刘瑜, 张华山, 黎心懿等. 新三氮烯试剂的合成及其与离子显色反应的研究. 化学试剂, 1990, 12(2)
〔3〕Seiji Shinkai, Koji Araki, J ir o Shibata e t a l. J . Ch em. Soc. Per kin Tr ans. 1, 1990, 3333
〔4〕J in chua nming , Gong Churu, Hu Zho ng qiu et a l. Sy nthesis o f a new r eag ent 1-(6-nit ro-2-Benzothia zo ly ) -3-(4-N i-tr ophenyl ) -T riazene and study o n its colo r r eac tion with Cadmium . Chin . Chem . L ett . 1998, 9(7) , 655
〔5〕杨桂法, 王玉枝, 刘海峰等. 4-〔(3, 5-二溴-2-吡啶) 偶氮〕-1, 3-羟基萘合成的研究. 化学试剂, 1992, 14(3) 〔6〕李述文, 范如霖. 实用有机化学手册. 上海科学技术出版社(第一版) , 1981, 422
〔7〕Jin Chuanming, L u g uoy ua n, Y ou Xia ozeng etc. Synthesis of Hete roa ry la zosubstituted Calix 〔4〕a rena s. Sy nthesis,
2001, 7, 1023