Реакция азосочетания

Одним из важнейших превращений солей диазония, во многом определившим их широкое использование, является реакция азосочетания. Диазотирование аминов при этом обычно ведут в соляной кислоте, так как NOCl активнее N₂O₃, а также реакция второго порядка в соляной кислоте технологически предпочтительнее реакции третьего порядка в серной кислоте.

Азосочетание с аренамиидет по механизму электрофильного замещения. Электрофилом (диазосоставляющей) является диазокатион. В качестве азосоставляющей чаще всего используют фенолы и амины, а также другие активированные арены (производные бензола, нафталина, гетероциклов и др.). Это связано с тем, что обычно диазокатион существует при 0—10 °С, поэтому реакцию азосочетания ведут при температуре 0—25 °С, а в этих условиях с диазокатионом реагируют только активированные арены.

Активность электрофильных частиц в этой реакции зависит от заместителей в ароматическом ядре в орто- и пара-положениях относительно диазогруппы и уменьшается в ряду:

Сочетание с фенолами и нафтолами чаще всего проводят в слабощелочной среде (растворы соды, ацетата натрия), в которой они хорошо растворяются и находятся в активной фенолятной форме. Сильнощелочные растворы (растворы NaOH) неблагоприятны для азосочетания, так как переводят соли диазония в неактивные формы (диазогидрат и диазотат).

Сочетание с аминами лучше вести в слабокислой среде (разбавленная уксусная кислота). В этих условиях амины растворяются, и значительная часть их находится в активной форме, а соли диазония устойчивы.

Сильнокислая среда недопустима, т.к. группа NH₃⁺ является акцептором электронов и дезактивирует ароматическое ядро. Соли аминов не вступают в реакцию азосочетания.

В случае первичных и вторичных аминов электрофилы атакуют и атом азота. Образующиеся при этом диазоаминосоединения (арилтриазены) в ряде случаев изомеризуются в С-азосоединения:

Направление реакции азосочетания с первичными и вторичными аминами сильно зависит от кислотности среды. Чтобы снизить образование побочных арилтриазенов реакцию проводят при рН не более 4.

Азосочетание ведут при низких температурах (0—25 °С), чтобы избежать разложения соли диазония. Реакция проходит практически нацело. Продукт реакции, как правило, нерастворим и может быть выделен из реакционной массы фильтрованием.

Примером может служить получение азорибитиламина в производстве витамина В₂:

Согласованная ориентация и более благоприятные пространственные условия способствуют образованию целевого 6-азоизомера с выходом 92 %. Выход побочного — до 6 %. При значении рН > 4 в качестве побочного продукта образуется диазоаминосоединение, которое не способно к конденсации в рибофлавин.

Обычно диазосоставляющая по объему и структуре молекулы проще, чем азосоставляющая, однако бывают и обратные варианты

Образование диазоаминосоединения во многих случаях является побочной реакцией и ее стараются избежать. Однако в синтезе азидина она является целевой:

Сочетание солей диазония с алифатическими азосоставляющими.В алифатическом ряду реакция азосочетания известна лишь с соединениями общей формулы Z–CH₂–Z' или Z'–CHR–Z (β-кетоэфиры, малоновый эфири т. п.), где Z и Z' ацильные, карбоксильные и др. электроноакцепторные заместители. Вероятный механизм S_E1:

В этом случае первоначально образующееся соединение неустойчиво и изомеризуется в гидразон, который и является продуктом реакции. При проведении реакции с соединениями типа Z'–CHR–Z отщепляется одна из электроноакцепторных групп (особенно, если это ацил или карбоксил) и, также, как и в предыдущем случае, образуется гидразон:

При наличии в молекуле и ацильной и карбоксильной групп преимущественно отщепляется карбоксильная. При этом реакция может идти через енолизацию субстрата и электрофильное присоединение соли диазония по двойной связи с образованием p- и s- комплексов:

В отсутствие ацильных и карбоксильных групп в молекуле алифатического субстрата образуется азосоединение.

В синтезе индопана и серотонина азосочетание сопровождается декарбоксилированием 2-пиперидона-3-карбоновой кислоты, и азогруппа становится на место уходящей карбоксильной группы:

Другим примером использования азосоставляющей неароматического характера является одна из стадий в синтезе меркаптопурина: