【合成经验】重氮盐为什么要低温制备？不明白可能会爆炸！

由苯胺制备重氮盐的重氮化反应 (diazotization)为什么要保持低温？

化学反应体系中分子通常可以发生多种反应。一个好的反应则具有比其他副反应较低的活化能垒。 理想的情况是让起始原料恰好达到发生我们想要反应的能垒，而不足以达到任何其他 副反应的能垒，避免分子有更高的、足以达到这些副反应活化能垒的时候，与主反应竞争：这意味着也要保持低温。

重氮化反应在室温下很容易发生，但不幸的是，产物重氮盐的分解反应也会在室温下发生，迅速生成 苯酚。为了使产物停留在重氮盐而不是直接分解为苯酚，可以通过降低温度，使反应活化不足以越过重氮盐分解为苯酚副反应的能垒。但是反应温度也不能太低，保证活化能足以越过第一步重氮化的能垒。重氮化反应的能顺利进行的基础就是分解副反应的活化能垒高于重氮化活化能垒。如果这两个能垒大小相反的话则无法得到稳定的重氮盐产物。

重氮化反应温度一般在0~5℃进行，因降低温度可降低重氮盐的分解速度，但实验表明当芳环上连有某些基团时，反应温度可提高。例如：对氨基苯磺酸可在10~15℃进行；1-氨基萘-4-磺酸可在35℃进行重氮化。重氮盐可能分解为苯正离子和氮气。当重氮基的邻、对位上有吸电子取代基时，苯环的电子密度变小，苯正离子的稳定性减小，反而使分解速度降低；间位吸电子基虽然降低苯环的电子密度，但间位降低的相对少一些，能使苯正离子稳定，从而使重氮盐分解的速度加快。邻对位上有给电子基的重氮盐，与邻对位上有吸电子取代基相似，也使分解速度变慢。因为这种取代基可以通过给电子共轭效应与重氮基共轭，使碳氮键的双键性质增加，因此碳氮键断裂较难，形成苯正离子的速度减慢。

重氮化反应机理： NaNO 2 和 HX反应生成 亚硝酸 (HONO) ，亚硝酸分解为N2O3, 接着N2O3 处理苯胺后通过在酸性条件下重排脱水生成重氮盐。

图片来源：https://cheminfographic.wordpress.com/2018/01/08/62-diazotisation-1900/

由于重氮盐极易分解，因此反应制备后绝对不要储存，做反应时现做现用，生成重氮盐后直接用于下一步反应。不要心存侥幸，认为将其低温储存就可以确保不会爆炸。分离出来的重氮盐有时轻微的震动也会引起爆炸，但是也有例外那就是氟硼酸重氮盐，可以室温下储存，但是小编也不建议冒险。

重氮盐虽然危险，但是其是一种非常重要的有机中间体，可以用于多种反应。重氮盐 可以与酚和三级芳胺发生芳环上的 亲电取代反应 ，生成 偶氮化合物 。该反应也称 ，产物常用作 偶氮染料 。

重氮盐可以发生多种芳环上的 亲核芳香取代反应 ： 重氮基 被其他 官能团 （ 卤素 、氰基、羟基、氢、硝基、磺酸基等）取代。此类型的反应包括Sandmeyer反应（生成溴代和氯代 芳烃 ）、Gattermann反应、 （生成 联苯 衍生物）、 （生成氟代芳烃）、 Craig合成 （2-氨基吡啶与 亚硝酸钠 、 氢溴酸 及过量溴反应生成 2-溴吡啶 ）。 ：重氮盐与缺电子 烯烃 发生 偶联反应 。

另外，还可以用于 和Widman-Stoermer合成：重氮盐末端氮原子作 亲电试剂 与活化的双键反应成环。 水解生成醇或酚。 用 次磷酸 、 硼氢化钠 、 三丁基锡 、三乙基硅在不同还原剂还原， 重氮基 被氢取代，放出氮气。 重氮化反应 与该反应常用于向芳环引入 氨基 ，借助其 定位效应 ，达到目的后再将该 导向基 除去。

1858 年，Peter Griess首次发现了芳香重氮化合物。1884 年，德国化学家T.Sandmeyer在用乙炔铜和苯胺的重氮盐（PhN2Cl）合成苯乙炔时，得到的主产物却是氯苯，经过仔细研究，发现原来是由于反应中产生的CuCl催化使重氮基被氯取代。随后，Sandmeyer发现用CuBr和CuCN也能得到相应的溴苯和苯甲腈，因此我们把这一类反应称为Sandmeyer反应。

四氟硼酸的芳香重氮盐(ArN2+BF4-)热分解得到芳香氟化物的反应称为 Balz-Schiemann反应 。

重氮盐与富电子芳香环(苯胺，苯酚等)反应，得到偶氮化合物的反应，通常取代发生在对位。

碱催化下芳基重氮盐和芳烃进行自由基偶联得到二芳基化合物的反应。

芳胺重氮化后，接着再和磺酰胺（如TsNH2，MsNH2）反应，水解得到芳基叠氮的反应。此反应最早由Dutt, Whitehead和Wormall在1921年报道。芳基重氮盐和磺酰胺反应先得到磺酰基芳基叠氮，水解后得到产物。类似的叠氮化合物也可以通过重氮盐和氨，肼和羟胺反应制得。

苯胺或相应的芳基重氮盐与烷基黄原酸钾反应得到芳基黄原酸酯和二芳基硫代碳酸酯，接着碱性条件下水解得到苯硫酚的反应被称为 Leuckart苯硫酚合成反应 。此反应由Leuckart在1890年首先报道。

在金属铜盐催化下取代烯烃和芳基重氮卤盐反应(相当于将芳基卤加成到双键上）进行芳基化的反应被称为Meerwein芳基化反应。

苯胺重氮化后和丙酮酸腙反应得到重氮中间体后，在酸性条件下关环得到苯并三嗪的反应。此反应最早由 Eugen Bamberger在1892年报道。除了丙酮酸腙，苯甲醛苯腙也可以进行此反应。

【 实用有机合成化学 】

【 Angew.Chem. Int. Ed. , 2010, 49, 1846 –1849 】

【 Synlett ., 2014 , 25,1577-1584】

的另一个应用是直接得到芳香磺酰氯。这种反应对催化剂，反应条件的要求及控制都比成磺酸高。市场上有二氧化硫醋酸溶液出售。将芳胺做成重氮盐，以亚铜盐作为催化剂，醋酸做溶剂，再用二氧化硫处理就能够以较好的收率得到芳香磺酰氯。

参考资料：

一、《Organic chemistry》Jonathan Clayden等，P252。

二、https://cheminfographic.wordpress.com

三、https://baike.baidu.com/item/%E9%87%8D%E6%B0%AE%E7%9B%90?fromModule=lemma_search-box