48. Реакция азосочетания как реакция электрофильного замещения. Условия сочетания с аминами и фенолами. Образование триазенов. Механизм реакции азосочетания

Реакция азосочетания является классическим примером электрофильного замещения в ароматических соединениях. Эффектным электрофилом в данном случае является катион арилдиазония:

Он образуется в результате взаимодействия анилина с азотистой кислотой:

Однако, катион арилдиазония является более слабым электрофилом по сравнению с такими реагентами, как +NO₂ и способен успешно атаковать только очень реакционноспособные ароматические соединения, такие как фенолы и амины.

Катионы диазония существуют только в кислой или слабощелочной среде, в сильнощелочном растворе они превращаются в кислоты. Поэтому реакция азосочетания может проводиться только в указанных условиях. Оптимальное значение pH зависит от свойств атакуемого соединения. В случае фенолов реакция лучше всего протекает в слабощелочной среде,  поскольку образующийся фенолят-ион намного лучше атакуется, чем сам фенол из-за значительно более высокой электронной плотности.

Ароматические амины, как правило, атакуется несколько труднее, чем фенолы, поэтому сочетание с ними чаще всего проводят в слабокислом растворе, что обеспечивает высокую концентрацию иона. Аммониевые ионы солей аминов  ─NH₃,  ─NH₂R,  ─NHR₂  и свободный фенол практически не атакуются, так как вследствие слабой электрофильности диазониевого иона он может атаковать углерод ароматического кольца лишь при значительном содействии со стороны заместителя. Такое содействие выражено в случае  ─O и  ─N(CH₃)₂:

Реакция азосочетания - одна из важнейших реакций солей диазония, во многом определившая их широкое использование. Диазотирование аминов при этом обычно ведут в соляной кислоте, так как NOCl активнее N₂O₃ и реакция второго порядка (в соляной кислоте) технологически предпочтительнее реакции третьего порядка (в серной кислоте)

Азосочетание с аренами является реакцией 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, несмотря на активность, диазокатион мало устойчив и существует только при 0 – 10^оС. Поэтому реакцию азосочетания ведут при 0 – 25^оС, а в этих условиях с диазокатионом реагируют только активированные арены.

Сочетание с фенолами и нафтолами чаще всего проводят в слабощелочной среде (раствор соды, ацетат натрия), в которой они хорошо растворяются и находятся в активной фенолятной форме. Сильнощелочные растворы (NaOH) неблагоприятны для азосочетания, так как переводят соли диазония в неактивную форму (анти-диазотаты).

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

Сильно кислая среда недопустима, т.к. группа NH₃^ является акцептором электронов и дезактивирует ароматическое ядро. Соли аминов не могут вступать в реакцию азосочетания.

В случае первичных и вторичных аминов конкурентно идет атака на азот. Образующиеся при этом диазоаминосоединения (арилтриазены) в ряде случаев можно изомеризовать в С-азосоединения:

Атака диазоний-катиона преимущественно направляется по атому азота аминогруппы в анилине и его производных и по атому углерода кольца – в аминонафталине и его производных. При азосочетании с фенолами, как и при сочетании с аминами, электрофильная атака может направляться и атому кислорода в субстрате с образованием О-азоэфира.

Азосочетание ведут при низких температурах (0-25^оС), 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 её стараются избежать. Однако в синтезе азидина она является целевой:

Основным методом синтеза триазенов является взаимодействие диазониевых солей с первичными либо вторичными аминами:

Ar-N≡N⁺X^- + R₂NH   Ar-N=N-N⁺HR₂X^-

Ar-N=N-N⁺HR₂X^-   Ar-N=N-NR₂ + HX

В случае ароматических аминов процесс может осложняться азосочетанием амина и диазониевой соли:

Триазены также могут быть получены взаимодействием азидов с реактивами Гриньяра

RN₃+ R¹MgHal   R-N=N-N(R¹)MgHal

R-N=N-N(R¹)MgHal + H₂O   R-N=N-NHR¹ + Mg(OH)Hal

В реакцию вступают и ароматические, и алифатические азиды.