19.28 : Sole arylodiazoniowe do barwników azowych: sprzęganie diazowe

Reakcja słabo elektrofilowych soli arylodiazoniowych (zwanych także arenediazoniowymi) z silnie aktywowanymi związkami aromatycznymi prowadzi do powstania produktów z wiązaniem —N=N—, zwanym wiązaniem azowym. Reakcja ta, przedstawiona na rysunku 1, jest znana jako sprzęganie diazowe i zachodzi bez utraty atomów azotu soli arylodiazoniowej. Wysoce aktywowane związki aromatyczne, takie jak fenole lub aryloaminy, sprzyjają reakcji sprzęgania diazowego. Sprzężenie zwykle następuje w pozycji para. Jeśli jednak pozycja para zostanie podstawiona, sprzęganie nastąpi zamiast tego w pozycji orto.

Rysunek 1. Ogólna reprezentacja reakcji sprzęgania diazowego. Związek diazoniowy znajduje się po lewej stronie, a produktem jest związek azowy. H – Ar′ musi być związkiem aktywowanym.

Mechanicznie reakcja przebiega poprzez reakcję podstawienia elektrofilowego poprzez przekazanie elektronów π aktywowanego jądra aromatycznego elektrofilowemu azotowi, co skutkuje karbokationem stabilizowanym rezonansem.

Rysunek 2. Mechanizm sprzęgania diazowego i stabilizacja rezonansowa karbokationu (gdzie ERG = OH i Ar = Ph).

Rysynek 3 przedstawia ostatni etap, który obejmuje deprotonowanie karbokationu z wytworzeniem produktu diazowego.

Rysunek 3. Tworzenie związku diazowego.

Jak przedstawiono na Rysunku 4, rola zasadowości w reakcji sprzęgania diazowego jest oczywista. W przypadku fenoli jest to najbardziej wykonalne w warunkach lekko zasadowych, gdzie fenol występuje w postaci jonów fenolowych. Tworzenie się znacznych jonów fenolotlenkowych aktywuje pierścień aromatyczny, wzmacniając w ten sposób sprzęganie między jonami arenediazoniowymi i fenolami w lekko zasadowym roztworze. Jednakże nadmierna zasadowość roztworu (pH > 10) prowadzi do powstania jonów diazowodorotlenkowych lub diazotanowych, które nie reagują na sprzęganie.

Rysunek 4. Wpływ zasadowości na reakcję sprzęgania diazowego.

W przeciwieństwie do fenoli, jak pokazano na Rysunku 5, sprzęganie diazowe amin zachodzi optymalnie w kwaśnym zakresie pH 5–7. Reakcja jest napędzana przez stężenie jonu arenediazoniowego, które jest maksymalne przy tym pH.

Rysunek 5. Reakcja sprzęgania diazowego amin.

Związki diazo-sprzężone charakteryzują się rozszerzonym układem sprzężonych elektronów π poprzez ułożenie dwóch pierścieni aromatycznych w koniugacji, co czyni je silnie chromoforowymi. Powoduje to intensywny kolor związków azowych znanych jako barwniki azowe. Przykłady barwników azowych obejmują żółcień alizarynową, żółcień maślaną, czerwień Kongo, pomarańcz II i czerwień para.

Oprócz tego, że są doskonałym barwnikiem, związki diazowe zostały również zidentyfikowane jako antybiotyki, gdy Domagk G. w 1935 roku z powodzeniem zastosował prontosil u swojej córki, aby zapobiec śmiertelnej infekcji paciorkowcami, co zapoczątkowało nową erę syntetycznych antybiotyków. Prontosil jest nieaktywny wobec bakterii, ale w organizmie człowieka metabolizuje się, tworząc związek zwany sulfanilamidem, który wykazuje właściwości antybakteryjne.

Rysunek 6. Metabolizm prontosilu do aktywnej postaci leku – sulfanilamidu.