高危工藝種類之一 被廣泛應(yīng)用在精細化工領(lǐng)域

芳伯胺在無機酸存在下低溫與亞硝酸作用，生成重氮鹽的反應(yīng)成為重氮化反應(yīng)。工業(yè)上，常用亞硝酸鈉作為亞硝酸的來源。反應(yīng)通式為

式中，X可以是Cl、Br、NO3、HSO3等。工業(yè)生產(chǎn)上常采用硫酸、鹽酸。

芳胺稱作重氮組分，亞硝酸稱為重氮化劑。亞硝酸易分解，故工業(yè)生產(chǎn)中常用亞硝酸鈉與無機酸作用生成亞硝酸，以避免亞硝酸分解。

在重氮化過程中至反應(yīng)終止時，要始終保持反應(yīng)介質(zhì)對剛果紅試紙呈強酸性。如果酸量不足，可能導(dǎo)致生成的重氮鹽與沒有起反應(yīng)的芳胺生成重氮氨基化合物。

在重氮化反應(yīng)過程中，亞硝酸要過量或加入亞硝酸鈉溶液的速度要適當，不能太慢，否則，也會生成重氮氨基化合物。

重氮化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，必須及時一處反應(yīng)熱。一般在0～10℃進行，溫度過高，會使亞硝酸分解，同時加速重氮化合物的分解。重氮化反應(yīng)結(jié)束時，過量的亞硝酸通常加入尿素或氨基磺酸分解掉，加入少量芳胺，使之與過量的亞硝酸作用。

在重氮化反應(yīng)中，由于副反應(yīng)多，亞硝酸也具有氧化作用，而不同的芳胺所形成鹽的溶解度也各有不同。根據(jù)這些性質(zhì)以及制備該重氮鹽的目的不同，重氮化反應(yīng)的操作方法基本上可分一下幾種。

1、直接法

此法適用于堿性較強的芳胺，即含有給電子基團的芳胺，包括苯胺、甲苯胺、甲氧基苯胺、二甲苯胺、甲基萘胺、聯(lián)苯胺和聯(lián)甲氧基苯胺等。這些胺類與無機酸生成易溶于水但難以水解的穩(wěn)定銨鹽。

其操作方法是：將計算量（或稍過量）的亞硝酸鈉水溶液在冷卻、攪拌下，先快后慢的滴加到預(yù)先將芳胺溶于稀的無機酸水溶液并已冷卻的稀酸水溶液中，進行重氮化，直到亞硝酸鈉稍微過量為止。此法亦稱正加法，應(yīng)用最為普遍。

反應(yīng)溫度一般為0～10℃進行，鹽酸用量一般為芳伯胺的3～4mol為宜。水的用量一般應(yīng)控制在到反應(yīng)結(jié)束時，反應(yīng)液總體積為胺量的10～12倍。應(yīng)控制亞硝酸鈉的加料速率，以確保反應(yīng)正常進行。

2、連續(xù)操作法

本法也是適用于堿性較強芳伯胺的重氮化。工業(yè)上以重氮鹽為合成中間體時多采用這一方法。由于反應(yīng)過程的連續(xù)性?？奢^大地提高重氮化反應(yīng)的溫度以增加反應(yīng)速率。

重氮化反應(yīng)一般在低溫下進行，目的是為避免生成的重氮鹽發(fā)生分解和破壞。采用連續(xù)化操作時，可使生成的重氮鹽立即進入下步反應(yīng)系統(tǒng)中，而轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定的化合物。這種轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率大于重氮鹽的分解速率。

連續(xù)操作可以利用反應(yīng)產(chǎn)生的熱量提高溫度，加快反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)時間，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。工業(yè)生產(chǎn)上為實現(xiàn)連續(xù)操作，通常選擇物料停留時間短。無返混的管式反應(yīng)器。因重氮化溫度較高，此法又稱為“高溫管道重氮化反應(yīng)”。

例如，由苯胺制備苯肼就是采用連續(xù)重氮化法，重氮化溫度可提高到50～60℃。又如：對氨基偶氮苯的生產(chǎn)中，由于苯胺重氮化反應(yīng)及產(chǎn)物與苯胺進行偶合反應(yīng)相繼進行，可使重氮化反應(yīng)的溫度提高到90℃左右而不至引起重氮鹽的分解，大大提高生產(chǎn)效率。

3、倒加料法

本法適用于一些兩性化合物，即含-SO3H、-COOH等吸電子基團的芳伯胺，如對氨基苯磺酸和對氨基苯甲酸、1-氨基萘-4-磺酸等。此類胺鹽在酸液中生成兩性離子的內(nèi)鹽沉淀，故不如溶于酸中，因而很難重氮化。如果先將其制成鈉鹽使之溶解度增加而易溶于水，則有利于重氮化反應(yīng)。

所以，在重氮化時先把它們?nèi)苡谔妓徕c或氫氧化鈉溶液中制成鈉鹽，然后加入無機酸析出很細的沉淀，再加入亞硝酸鈉溶液進行重氮化。

其操作方法是：將這類化合物先與堿作用制成鈉鹽并溶于水中，再加入預(yù)先冷卻的需要量的NaNO2溶液進行重氮化。對于溶解度更小的1-氨基萘-4-磺酸，可把等物質(zhì)的量的芳胺和亞硝酸鈉混合物在良好的攪拌下，加到預(yù)先經(jīng)冷卻的稀鹽酸中進行反加法重氮化。

此法還適用于一些易于偶合的芳伯胺重氮化，使芳伯胺處于過量酸中形成銨鹽而難與重氮鹽發(fā)生偶合副反應(yīng)。

4、濃酸法

本法適用于堿性很弱的芳伯胺，如2，4-二硝基苯胺、2-氰基-4-硝基蒽醌，或某些雜環(huán)α-位胺（如苯并噻唑衍生物）等。因其堿性弱，在稀酸中幾乎完全以游離胺存在，不溶于稀酸，反應(yīng)難以進行，但溶于濃酸（硫酸、硝酸和磷酸）或者有機溶劑（己酸和吡啶）中。為此常在濃硫酸或乙酸介質(zhì)中進行重氮化。

該重氮化方法是借助于最強的重氮化活潑質(zhì)點（NO+），才使電子云密度顯著降低的芳伯胺氮原子能夠進行反應(yīng)。

其操作方法是：將該類芳伯胺溶解在濃硫酸中，加入亞硝酸鈉液體或亞硝酸鈉固體，在濃硫酸中的溶液中進行重氮化，濃硫酸與亞硝酸鈉生成亞硝酸硫酸。

由于亞硝酸硫酸放出亞硝酰正離子（NO+）較慢，可加入冰醋酸或磷酸以加快亞硝酰正離子的釋放而使反應(yīng)加快。

5、亞硝酸酯法

本法適用于將伯胺鹽溶于醇、冰醋酸或其他有機溶劑（如DMF、丙酮等）中，用亞硝酸酯進行重氮化。常用的亞硝酸酯有亞硝酸戊酯、亞硝酸丁酯等。

此法制成的重氮鹽，可在反應(yīng)結(jié)束后加入大量的乙醚，使其從有機溶劑中析出，再用水溶解，可得到純度很高的穩(wěn)定的固體重氮鹽。

例如固體2-氨基-4-硝基苯甲酸的重氮鹽就是用亞硝酸異戊酯來制備的。在0℃將濃鹽酸加到2-氨基-4-硝基苯甲酸在宜春和亞硝酸異戊酯的懸浮液中，在0℃攪拌30min，30℃攪拌20min，再在0℃攪拌10min，加乙醚來沉淀重氮鹽，抽濾，真空干燥，產(chǎn)率90%。亞硝酸異戊酯可由異戊醇和亞硝酸鈉反應(yīng)制得。

1、酸的用量

在重氮化反應(yīng)中，無機酸的作用是：首先使芳胺溶解，次之和亞硝酸鈉生成亞硝酸，最后與芳胺作用生成重氮鹽。重氮鹽一般是容易分解的，只有在過量的酸液中才比較穩(wěn)定。所以，盡管按反應(yīng)式計算，一摩氨基重氮化僅需2摩酸；但要使反應(yīng)得以進行，酸必須適當過量。酸的過量取決于芳胺的堿性。堿性越弱，過量越多，一般是過量25%至100%。有的過量更多，甚至需濃硫酸。

重氮化反應(yīng)時若酸用量不足，生成的重氮鹽容易和未反應(yīng)的芳胺偶合，生成重氮氨基化合物。這是一種不可逆的自偶合反應(yīng)，它使重氮鹽的質(zhì)量變差，影響偶合反應(yīng)的正常進行并降低偶合收率。在酸不足的情況下，重氮鹽容易分解，且溫度越高分解越快。一般重氮化反應(yīng)完成后，溶液仍稱強酸性，能使剛果紅試紙變色。

2、酸的濃度

無機酸的濃度對重氮化的影響可以從不溶性的芳胺的溶解生成銨鹽，銨鹽水解生成溶解的游離胺及亞硝酸的電離等幾個方面加以討論。

3、HNO2用量

按重氮化反應(yīng)方程式，1mol氨基重氮化需要1mol的亞硝酸鈉。重氮化反應(yīng)進行時，自始至終必須保持亞硝酸鈉稍微過量，否則引起自偶合反應(yīng)。這可由加入亞硝酸鈉的速度來控制。

加料速度太慢，未重氮化的芳胺會和重氮鹽作用發(fā)生自偶合反應(yīng)。加入速度過快會發(fā)生亞硝酸分解或其他副反應(yīng)。

反應(yīng)時可用淀粉-碘化鉀試紙檢驗，根據(jù)顏色的不同來判斷。過量的亞硝酸對下一步偶合也不利，會使偶合組分亞硝化、氧化或發(fā)生其他反應(yīng)。所以，反應(yīng)結(jié)束后，要加尿素或氨基磺酸來分解過量的亞硝酸。

4、反應(yīng)溫度

重氮化反應(yīng)一般在0～5℃進行，這是因為大部分重氮鹽在低溫下較穩(wěn)定，在較高溫度下重氮鹽分解速度加快的結(jié)果，另外亞硝酸在較高溫度下也容易分解。

重氮化反應(yīng)溫度常取決于重氮鹽的穩(wěn)定性，對-氨基苯磺酸重氮鹽穩(wěn)定性高，重氮化溫度可在10～15℃進行；1-氨基萘-4-磺酸重氮鹽穩(wěn)定性更高，重氮化溫度可在35℃進行。重氮化反應(yīng)一般在較低溫度下進行這一原則不是絕對的，在間歇反應(yīng)鍋中重氮反應(yīng)時間長，保持較低的反應(yīng)溫度是正確的，但在管道中進行重氮化時，反應(yīng)中生成的重氮鹽會很快轉(zhuǎn)化，因此重氮化反應(yīng)可在較高溫度下進行。

5、芳胺堿性

從反應(yīng)機理看，芳胺的堿性越強，越有利于N-亞硝化反應(yīng)，從而提高了重氮化反應(yīng)速率。但強堿性的胺類能與酸生成銨鹽降低了游離胺的濃度，因此也抑制了重氮化反應(yīng)速率。

當酸的濃度低時，芳胺的堿性對N-亞硝化的影響是主要的，這時芳胺的堿性越強，反應(yīng)速率越快。在酸的濃度很高時，銨鹽的水解難易事主要影響因素，這時堿性較弱的芳伯胺的重氮化速率快。