[科普中国]-重氮烷

重氮烷（Diazo）是一类由烷基与重氮基相连接而生成的有机化合物，大多具爆炸性。重氮化合物中的重氮基有多个共振式，中间氮原子带有部分正电荷，两端的碳和氮原子带负电荷。α-重氮酮和α-重氮酯中的负电荷可以离域到羰基上去，因此比较稳定。

定义重氮烷（Diazo）是一类由烷基与重氮基相连接而生成的有机化合物。大多具爆炸性。1最简单的重氮烷是重氮甲烷，是个不稳定的黄色气体。除重氮甲烷外，重氮乙酸乙酯（N2CH2COOCH2CH3）也是较常用的重氮化合物。1

化学性质重氮烷可以与多种烯烃的衍生物发生加成反应，这一反应与双烯合成有些类似，但是生成的环系是五元环，而不是六元环。重氮烷很易质子化，变成容易失去N2的重氮离子。

一些路易斯酸如BF3、AlCl3等也可促使重氮烷分解产生正碳离子。利用这一性质，可与许多带有酸性氢的化合物如醇、酚、胺、羧酸、酰胺等作用，进行烷基化反应。重氮烷也有一定的亲核性，可与醛、酮、酰卤反应。重氮烷在光照或加热条件下可产生卡宾，由重氮酮产生的卡宾，极易发生重排生成烯酮，水解或醇解后可得到相应的酸和酯。1

应用重氮烷由N-亚硝基-N-烷基-酰胺类化合物与碱作用制取。由一级胺与亚硝酸反应，也可制得重氮化合物。重氮烷主要用作有机合成试剂和中间体，有些可用于癌症研究，如重氮尿嘧啶；有些在微电子工业中做光致抗蚀剂，如1-氧-2-重氮萘磺酸酯等。重氮烷大多有毒 ，有些对皮肤、粘膜等有刺激性，如重氮甲烷、重氮乙酸乙酯。重氮烷与碱金属接触或高温时可发生爆炸。1

作为金属卡宾最常见的前体，重氮化合物已经被广泛的应用在各种过渡金属催化的有机转化之中。近几十年来，通过采用不同类型的手性金属配合物作为催化剂，重氮化合物参与的不对称催化反应如C—H 插入、X—H 插入(X=O, N, Si 等)、环丙烷化、重排反应等，都得到了广泛的发展，成为有机化学中有力的合成手段。近年来，重氮化合物还被应用到了过渡金属催化的多组分反应中。这类反应的发展得益于金属卡宾独特的反应性质。首先， 电中性的金属卡宾碳原子核外由于拥有空轨道，具有一定的亲电性，能够接受含有孤电子对的富电子基团的类似亲核进攻而生成叶立德或离子对中间体；同时，由于吸纳了多余电子，使原本亲电的金属卡宾极性发生反转，转变为新的亲核物种，能够进一步与亲电试剂反应，从而实现了一类高效的三组分反应。2

合成方法弱碱性芳香化合物和杂环胺的重氮化反应通常在浓硫酸、硫酸和磷酸的混合物、硫酸和醋酸混合物以及盐酸介质中进行。几个代表性的重氮化反应如表1所示

一、浓硫酸中的重氮化反应（亚硝酰基硫酸法）

碱性极弱的芳伯胺难溶于稀酸溶液。而易溶于浓硫酸并形成亚硝酰基，在90%～96%的硫酸中弱碱性胺的重氮化反应十分容易进行。通常在冷却搅拌下将胺加入到亚硝基硫酸的硫酸溶液中开始反应，反应速度取决于胺的结构和所用催化剂。

二、硫酸和醋酸混合物中的重氮化反应

由于溶解性的问题，有时候须考虑硫酸与醋酸混合而成的重氮化反应介质。弱碱性胺在其中的重氮化反应十分成功且反应速率高。该方法最早由Herbert等提出并被广泛利用，它不但能使弱碱性胺也能使强碱性芳香胺和杂环胺发生重氮化反应，前提是所用胺在硫酸中不发生分解。

三、硫酸和磷酸混合物中的重氮化反应

在硫酸和磷酸混合物中进行重氮化的方法由Bermes提出。对于部分含有吸电子基的弱碱性胺，须以亚硝酰基硫酸为亚硝化试剂并以磷酸混合物作为重氮化介质。该方法也可用于杂环胺重氮化反应。通常是将胺的硫酸溶液加入到亚硝基硫酸的硫酸溶液中或将磷酸加入到胺和亚硝基硫酸的硫酸溶液中开始进行，其反应速率要高于硫酸介质。

四、盐酸中的重氮化反应

如前所述，芳香伯胺主要通过与亚硝酸作用而发生重氮化反应，但由于亚硝酸很不稳定，通常是用亚硝酸钠和盐酸使其生成的亚硝酸立即与芳伯胺反应形成重氮盐，这也是运用最广的重氮化方法。通常要求盐酸过量使反应混合物呈酸性，以避免重氮离子与活性芳香环发生偶联反应。考虑到亚硝酸的不稳定性，反应中亚硝酸钠须稍微过量，反应后过量的皿硝酸钠可用尿素除去。1

重氮盐含有重氮基（－N≡N）的盐类。干燥的重氮盐不稳定，受热或震动易爆炸，但是也有例外，也就是所谓的稳定重氮盐，例如氟硼酸重氮盐，吡唑重氮内盐以及三蝶烯重氮盐。重氮盐一般用芳香胺经重氮化制得。反应过程是把芳香胺加入到过量浓盐酸（过量的酸的作用是防止生成的重氮盐与没有反应的芳香胺偶联，生成偶氮化合物）中，再加入适量亚硝酸钠溶液（整个反应过程需控制在0～5℃），用碘化钾淀粉试纸检验亚硝酸钠是否过量（不足需补加，过量加尿素破坏）。脂肪胺的重氮盐极不稳定，在生成的过程中就会分解，生成醇（分解过程中经过碳正离子，会有重排现象）。

重氮盐正离子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。该反应也称偶联反应，产物常用作偶氮染料。

重氮盐一般由芳香胺（如苯胺）与亚硝酸钠或亚硝酸在低温及过量无机酸存在下发生重氮化反应制取。氟硼酸重氮盐在室温下稳定，可以分离出来，但一般的重氮盐在5°C以上是不稳定的，容易放出氮气而分解，因此通常不将它分离出来，而是直接进行下一步的反应。 溶于水，不溶于乙醚。3

本词条内容贡献者为:

杨剑虹 - 教授 - 西南大学