高危工藝種類之一 被廣泛應用在精細化工領域

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

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

在重氮化反應過程中，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。

重氮化反應是放熱反應，必須及時一處反應熱。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。

在重氮化反應中，由于副反應多，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，應用最為普遍。

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

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。由于反應過程的連續(xù)性?？奢^大地提高重氮化反應的溫度以增加反應速率。

重氮化反應一般在低溫下進行，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系統(tǒng)中，而轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定的化合物。這種轉(zhuǎn)化反應的速率大于重氮鹽的分解速率。

連續(xù)操作可以利用反應產(chǎn)生的熱量提高溫度，加快反應速率，縮短反應時間，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。無返混的管式反應器。因重氮化溫度較高，此法又稱為“高溫管道重氮化反應”。

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及產(chǎn)物與苯胺進行偶合反應相繼進行，可使重氮化反應的溫度提高到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。

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。

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。

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制得。

1、酸的用量

在重氮化反應中，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，盡管按反應式計算，一摩氨基重氮化僅需2摩酸；但要使反應得以進行，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。

重氮化反應時若酸用量不足，生成的重氮鹽容易和未反應的芳胺偶合，生成重氮氨基化合物。這是一種不可逆的自偶合反應，它使重氮鹽的質(zhì)量變差，影響偶合反應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

按重氮化反應方程式，1mol氨基重氮化需要1mol的亞硝酸鈉。重氮化反應進行時，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。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。加入速度過快會發(fā)生亞硝酸分解或其他副反應。

反應時可用淀粉-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。所以，反應結(jié)束后，要加尿素或氨基磺酸來分解過量的亞硝酸。

4、反應溫度

重氮化反應一般在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。重氮化反應一般在較低溫度下進行這一原則不是絕對的，在間歇反應鍋中重氮反應時間長，保持較低的反應溫度是正確的，但在管道中進行重氮化時，反應中生成的重氮鹽會很快轉(zhuǎn)化，因此重氮化反應可在較高溫度下進行。

5、芳胺堿性

從反應機理看，芳胺的堿性越強，越有利于N-亞硝化反應，從而提高了重氮化反應速率。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。