19.28 : 아릴디아조늄 염과 아조 염료: 디아조 커플링

약한 친전자성 아릴디아조늄(아레네디아조늄이라고도 함) 염과 고도로 활성화된 방향족 화합물의 반응은 아조 결합이라고 불리는 -N=N- 결합을 갖는 생성물을 형성합니다. 그림 1에 제시된 이 반응은 디아조 결합으로 알려져 있으며 아릴디아조늄 염의 질소 원자 손실 없이 발생합니다. 페놀이나 아릴아민과 같이 고도로 활성화된 방향족 화합물은 디아조 결합 반응을 선호합니다. 결합은 일반적으로 파라 위치에서 발생합니다. 그러나 파라 위치가 대체되면 오르토 위치에서 결합이 발생합니다.

Figure 1. 디아조 커플링 반응의 일반적인 표현. 맨 왼쪽이 디아조늄 화합물이고 생성물은 아조 화합물이다. H–Ar′은 활성화된 화합물이어야 합니다.

기계적으로 반응은 활성화된 방향족 핵의 π 전자를 친전자성 질소에 공여하여 공명 안정화된 탄소 양이온을 생성하는 친전자성 치환 반응을 통해 진행됩니다.

Figure 2. 디아조 결합 메커니즘과 탄수화물 양이온의 공명 안정화(여기서 ERG = OH 및 Ar = Ph).

그림 3은 디아조 생성물을 생성하기 위해 탄수화물의 양성자 제거를 포함하는 최종 단계를 보여줍니다.

Figure 3. 디아조 화합물의 형성.

그림 4에 묘사된 바와 같이, 디아조 커플링 반응에서 염기도의 역할은 명백합니다. 페놀의 경우 페놀이 페녹사이드 이온으로 존재하는 약알칼리성 조건에서 가장 실현 가능합니다. 상당한 페녹사이드 이온의 형성은 방향족 고리를 활성화하여 약염기성 용액에서 아레네디아조늄 이온과 페놀 사이의 결합을 강화합니다. 그러나 용액의 과도한 알칼리도(pH > 10)는 결합에 반응하지 않는 디아조수산화물 또는 디아조산염 이온을 형성합니다.

Figure 4. 디아조 결합 반응에 대한 염기도의 영향.

그림 5에서 볼 수 있듯이 페놀과 달리 아민의 디아조 결합은 산성 pH 범위 5~7에서 최적으로 발생합니다. 반응은 이 pH에서 최대인 아레네디아조늄 이온의 농도에 의해 추진됩니다.

Figure 5. 아민의 디아조 커플링 반응.

디아조 결합 화합물은 두 개의 방향족 고리를 결합하여 정렬하여 강력한 발색성을 갖게 함으로써 확장된 공액 π 전자 시스템을 특징으로 합니다. 이로 인해 아조 염료로 알려진 아조 화합물의 강렬한 색상이 생성됩니다. 아조 염료의 예로는 알리자린 옐로우, 버터 옐로우, 콩고 레드, 오렌지 II 및 파라 레드가 있습니다.

우수한 염료인 것 외에도 디아조 화합물은 1935년 도마크 G.가 치명적인 연쇄상 구균 감염을 예방하기 위해 딸에게 프론토실을 성공적으로 사용했을 때 항생제로 확인되었으며, 이는 합성 항생제의 현대 시대의 시작을 알렸습니다. 프론토실은 박테리아에 대해 비활성이지만 인체에서는 대사되어 항균 특성을 나타내는 설파닐아미드라는 화합물을 생성합니다.

Figure 6. 프론토실이 활성 약물 형태인 설파닐아미드로 대사되는 과정.