att göra den aromatiska ringen tillgänglig för attack av nukleofiler
de flesta preparat av aromatiska föreningar vi har sett (såsom elektrofil aromatisk substitution, liksom Suzuki-reaktionen som omfattas av föregående avsnitt) involverar den aromatiska ringen som nukleofil och reagerar med ett elektrofilt reagens. Nukleofil aromatisk substitution (i 17.1.) involverar nukleofila reagens, men det är begränsat till ringar med starka elektronuttagande grupper Orto eller para till en lämnande grupp. Det mest mångsidiga sättet att göra aromatiska ringar tillgängliga för nukleofil attack är att förbereda arendiazoniumsalter, innehållande ArN2+ – Jonen. Diagrammet nedan visar de olika reaktioner som är möjliga med arendiazoniumsalter.
Arenediazoniumsalter framställs lätt från arylaminer (aniliner) med hjälp av en process som kallas diazotisering. Processen innefattar upplösning av aminen i en lämplig syra, kylning i ett isbad till 0-5 oC, sedan tillsats av natriumnitrit (NaNO2) lösning. Syran reagerar med NaNO2 för att bilda salpetersyra (HNO2), som sedan reagerar med arylamin för att bilda arendiazoniumsaltet. Det vanligaste saltet att använda för dessa reaktioner är kloriden (tillverkad med HCl som syra), som är ganska lösliga men sönderdelas snabbt vid rumstemperatur. I vissa reaktioner (såsom fenolbildning) kan kloridjonen störa och ersätta en Cl, så i dessa fall används sulfatet (tillverkat med H2SO4). Diazoniumsulfater är lite mer stabila än klorider, men de är också i allmänhet mindre lösliga och därmed mer besvärliga att använda. Diazoniumtetrafluoroborater tillverkas av klorider genom tillsats av HBF4; de är vanligtvis helt olösliga, vilket gör att de kan filtreras bort och torkas sedan för sönderdelning utan vatten närvarande för att införa en Fluor på ringen. Denna metod för att införa Fluor på en aromatisk ring kallas Balz-Schiemann-reaktionen.
Arendiazoniumsalter är användbara mellanprodukter, och de förlorar lätt kväve reagerar med en mängd nukleofiler, som visas i diagrammet ovan. Eftersom kväve är mycket stabilt och förloras som en gas, ger detta en kraftfull drivkraft för att dessa reaktioner ska inträffa. När det gäller vatten eller jodidjon reagerar nukleofilen utan behov av någon katalys. Många reaktioner av diazoniumsalter katalyseras emellertid av koppar (I), i vilket fall reaktionen kallas en Sandmeyer-reaktion.
en reaktion som behåller de två nitrogenerna innefattar koppling till en annan (elektronrik) aromatisk ring, som visas på den vänstra delen av reaktionsschemat. Detta är mycket viktigt i den konstgjorda färgindustrin, som huvudsakligen etablerades med hjälp av produktionen av dessa ”azofärger” efter upptäckten av Perkins mauve 1856.
användning vid syntes
diazoniumsaltkemi, baserad på nukleofila reagens som används med en elektrofil aromatisk ring, kompletterar elektrofil aromatisk substitution (EAS, som använder elektrofila reagenser). Diazoniumsalter framställs lätt från aromater via en syntes i tre steg:
om andra substituenter behövs kan dessa introduceras under syntesen. Om en metasubstituent behövs introduceras substituenten vid eller före nitro-scenen; för Orto/para-substituenter kan detta göras vid NH2-steget. Aminogruppen i en arylamin (anilin) är en mycket kraftfull aktivator, så många EAS – reaktioner av arylaminer introducerar snabbt 2 eller 3-substituenter såvida inte NH2-gruppens reaktivitet modereras genom bildning av en amid-återkalla denna metod för skydd av aminer via acetylering, från kapitel 16. I vissa fall kan den nya substituenten också minskas under reduktionen av nitrogruppen, som i denna syntes av meta-propylbensendiazoniumklorid från bensen:
för syntesen av para-isomeren acetyleras arylamin före Friedel-Crafts-reaktionen och deacetyleras sedan genom upphettning med överskott av aq. HCl strax före diazotisering.
denna para-isomersyntes visar användningen av acetylgruppen för att kontrollera aminogruppens reaktivitet. (En alternativ syntes kan undvika detta genom att införa propylgruppen först före nitrering.) Även om dessa synteser verkar vara långa, involverar de syntetiska steg som är tillförlitliga och reproducerbara, och de följer ett standardmönster. Det faktum att olika substituenter kan introduceras vid utvalda positioner längs vägen gör detta tillvägagångssätt till en mycket värdefull syntetisk sekvens.