由苯胺制備重氮鹽的重氮化反應 (diazotization)為什么要保持低溫？

化學反應體系中分子通常可以發(fā)生多種反應。一個好的反應則具有比其他副反應較低的活化能壘。 理想的情況是讓起始原料恰好達到發(fā)生我們想要反應的能壘，而不足以達到任何其他 副反應的能壘，避免分子有更高的、足以達到這些副反應活化能壘的時候，與主反應競爭：這意味著也要保持低溫。

重氮化反應在室溫下很容易發(fā)生，但不幸的是，產物重氮鹽的分解反應也會在室溫下發(fā)生，迅速生成 苯酚。為了使產物停留在重氮鹽而不是直接分解為苯酚，可以通過降低溫度，使反應活化不足以越過重氮鹽分解為苯酚副反應的能壘。但是反應溫度也不能太低，保證活化能足以越過第一步重氮化的能壘。重氮化反應的能順利進行的基礎就是分解副反應的活化能壘高于重氮化活化能壘。如果這兩個能壘大小相反的話則無法得到穩(wěn)定的重氮鹽產物。

重氮化反應溫度一般在0~5℃進行，因降低溫度可降低重氮鹽的分解速度，但實驗表明當芳環(huán)上連有某些基團時，反應溫度可提高。例如：對氨基苯磺酸可在10~15℃進行；1-氨基萘-4-磺酸可在35℃進行重氮化。重氮鹽可能分解為苯正離子和氮氣。當重氮基的鄰、對位上有吸電子取代基時，苯環(huán)的電子密度變小，苯正離子的穩(wěn)定性減小，反而使分解速度降低；間位吸電子基雖然降低苯環(huán)的電子密度，但間位降低的相對少一些，能使苯正離子穩(wěn)定，從而使重氮鹽分解的速度加快。鄰對位上有給電子基的重氮鹽，與鄰對位上有吸電子取代基相似，也使分解速度變慢。因為這種取代基可以通過給電子共軛效應與重氮基共軛，使碳氮鍵的雙鍵性質增加，因此碳氮鍵斷裂較難，形成苯正離子的速度減慢。

重氮化反應機理： NaNO 2 和 HX反應生成 亞硝酸 (HONO) ，亞硝酸分解為N2O3, 接著N2O3 處理苯胺后通過在酸性條件下重排脫水生成重氮鹽。

圖片來源：https://cheminfographic.wordpress.com/2018/01/08/62-diazotisation-1900/

由于重氮鹽極易分解，因此反應制備后絕對不要儲存，做反應時現(xiàn)做現(xiàn)用，生成重氮鹽后直接用于下一步反應。不要心存僥幸，認為將其低溫儲存就可以確保不會爆炸。分離出來的重氮鹽有時輕微的震動也會引起爆炸，但是也有例外那就是氟硼酸重氮鹽，可以室溫下儲存，但是小編也不建議冒險。

重氮鹽雖然危險，但是其是一種非常重要的有機中間體，可以用于多種反應。重氮鹽 可以與酚和三級芳胺發(fā)生芳環(huán)上的 親電取代反應 ，生成 偶氮化合物 。該反應也稱 ，產物常用作 偶氮染料 。

重氮鹽可以發(fā)生多種芳環(huán)上的 親核芳香取代反應 ： 重氮基 被其他 官能團 （ 鹵素 、氰基、羥基、氫、硝基、磺酸基等）取代。此類型的反應包括Sandmeyer反應（生成溴代和氯代 芳烴 ）、Gattermann反應、 （生成 聯(lián)苯 衍生物）、 （生成氟代芳烴）、 Craig合成 （2-氨基吡啶與 亞硝酸鈉 、 氫溴酸 及過量溴反應生成 2-溴吡啶 ）。 ：重氮鹽與缺電子 烯烴 發(fā)生 偶聯(lián)反應 。

另外，還可以用于 和Widman-Stoermer合成：重氮鹽末端氮原子作 親電試劑 與活化的雙鍵反應成環(huán)。 水解生成醇或酚。 用 次磷酸 、 硼氫化鈉 、 三丁基錫 、三乙基硅在不同還原劑還原， 重氮基 被氫取代，放出氮氣。 重氮化反應 與該反應常用于向芳環(huán)引入 氨基 ，借助其 定位效應 ，達到目的后再將該 導向基 除去。

1858 年，Peter Griess首次發(fā)現(xiàn)了芳香重氮化合物。1884 年，德國化學家T.Sandmeyer在用乙炔銅和苯胺的重氮鹽（PhN2Cl）合成苯乙炔時，得到的主產物卻是氯苯，經過仔細研究，發(fā)現(xiàn)原來是由于反應中產生的CuCl催化使重氮基被氯取代。隨后，Sandmeyer發(fā)現(xiàn)用CuBr和CuCN也能得到相應的溴苯和苯甲腈，因此我們把這一類反應稱為Sandmeyer反應。

四氟硼酸的芳香重氮鹽(ArN2+BF4-)熱分解得到芳香氟化物的反應稱為 Balz-Schiemann反應 。

重氮鹽與富電子芳香環(huán)(苯胺，苯酚等)反應，得到偶氮化合物的反應，通常取代發(fā)生在對位。

堿催化下芳基重氮鹽和芳烴進行自由基偶聯(lián)得到二芳基化合物的反應。

芳胺重氮化后，接著再和磺酰胺（如TsNH2，MsNH2）反應，水解得到芳基疊氮的反應。此反應最早由Dutt, Whitehead和Wormall在1921年報道。芳基重氮鹽和磺酰胺反應先得到磺?；蓟B氮，水解后得到產物。類似的疊氮化合物也可以通過重氮鹽和氨，肼和羥胺反應制得。

苯胺或相應的芳基重氮鹽與烷基黃原酸鉀反應得到芳基黃原酸酯和二芳基硫代碳酸酯，接著堿性條件下水解得到苯硫酚的反應被稱為 Leuckart苯硫酚合成反應 。此反應由Leuckart在1890年首先報道。

在金屬銅鹽催化下取代烯烴和芳基重氮鹵鹽反應(相當于將芳基鹵加成到雙鍵上）進行芳基化的反應被稱為Meerwein芳基化反應。

苯胺重氮化后和丙酮酸腙反應得到重氮中間體后，在酸性條件下關環(huán)得到苯并三嗪的反應。此反應最早由 Eugen Bamberger在1892年報道。除了丙酮酸腙，苯甲醛苯腙也可以進行此反應。

【 實用有機合成化學 】

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

【 Synlett ., 2014 , 25,1577-1584】

的另一個應用是直接得到芳香磺酰氯。這種反應對催化劑，反應條件的要求及控制都比成磺酸高。市場上有二氧化硫醋酸溶液出售。將芳胺做成重氮鹽，以亞銅鹽作為催化劑，醋酸做溶劑，再用二氧化硫處理就能夠以較好的收率得到芳香磺酰氯。

參考資料：

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