Другой способ восстановления солей диазония в арилгидразины был разработан В.Мейером (1883 год) и состоит в восстановлении со­лей диазония двухлористым оловом в соляной кислоте.

22.2.6. Реакции нуклеофильного ароматического замещения, активированные диазогруппой

Диазогруппа, как очень сильный акцептор, активирует замеще­ние галогена или нитрогруппы. Отличительной особенностью этих ре­акций нуклеофильного замещения является сохранение диазогруппы. Реакции такого типа известны давно, однако к сожалению до сих пор систематически не изучались и представлены отдельными, разрознен­ными примерами, например:

В некоторых случаях реакция нуклеофильного замещения происходит уже во время диазотирования амина:

Такую возможность следует учитывать при диазотировании аминов и использовании солей арендиазония.

22.2.7. Алифатические диазосоединения (диазоалканы)

Строение алифатических диазосоединений может быть выражено общей формулой . Отрицательный заряд в диазоалкане рас­пределен между концевым атомом азота и углеродом в результате мезомерного эффекта , что отражает его свойства нуклеофильного реагента. При протонировании или при взаимодействии с кислотами Льюиса образуется электронодефицитная частица, обладаю­щая свойствами мощного электрофильного агента, поэтому для диазоалканов характерны свойства бифильного реагента. Диазоалканы отно­сятся к числу реакционноспособных и нестабильных соединений. Газо­образный диазометан разлагается со взрывом при комнатной темпера­туре при соприкосновении со шлифованной или шероховатой поверхно­стью, поэтому при работе с газообразным диазометаном не рекомен­дуется использовать посуду со шлифами. В отличие от этого раствор диазометана в эфире сохраняется при -20^o в течение длительного вре­мени. Пары диазометана ядовиты, он вызывает припадки астмы и раз­дражает глаза. Гомологи диазометана еще менее стабильны и раствор диметилдиазометана в эфире разлагается при -20^o в течение нескольких минут. Диарилдиазометаны отличаются от диазоалканов гораздо более высокой стабильностью.

22.2.7.а. Получение диазоалканов

Лучшим в настоящее время способом получения диазометана оста­ется метод, предложенный еще в 1930 году Ф.Арндтом и заключающийся в обработке N-нитрозометилмочевины концентрированным раствором щелочи.

Следует особо отметить, что N-нитрозометилмочевина также как и дру­гие N-нитрозопроизводные канцерогенны. Все остальные способы полу­чения диазометана и его простейших гомологов очень похожи и различаются только природой уходящей группы при щелочном разложении N-нитрозопроизводных первичных аминов.

Реакция щелочного разложения включает две стадии. В первой стадии ацильный или сульфонильный остаток Y мигрирует от азота к кислоро­ду нитрозогруппы. Далее следует депротонирование и отщепление остат­ка YO^-. Исключительно важный в органическом синтезе диазометан обычно получают в результате щелочного гидролиза N-метил-N-нитрозомочевины в бинарной системе вода-эфир при 0-5°С. Об­разующийся при этом газообразный диазометан хранят в растворе в эфи­ре при 0-(-20)°.

Механизм этой реакции, по-видимому, включает несколько стадий. Пер­воначально гидроксид-ион присоединяется по карбонильной группе мо­чевины. А во второй стадии из анионного тетраэдрического интермедиата отщепляется диазогидроксид, который в сильно щелочной среде подвергается дегидратации с образованием диазометана:

Диазосоединения могут быть получены также окислением соответ­ствующих гидразонов желтой окисью ртути в эфире или бензоле по Т.Курциусу.

Этот путь используют для получения арилзамещенных диазоалканов, а также для получения диазоциклоалканов (см. главу 24). Диазокетоны получают ацилированием диазометана ацилгалогенидами.

Избыток диазометана необходим для связывания образующегося хлорис­того водорода.

В отсутствие избытка диазометана хлорид-ион замещает азот с обра­зованием хлоркетона:

Введение диазогруппы в 1,3-дикетоны и 1,3-кетоэфиры осуществляется с помощью тозилазида в двухфазной системе вода-хлористый метилен и соли тетралкиламмония в качестве катали­затора межфазного переноса.

Эта реакция имеет общий характер для соединений, содержащих метиленовую группу, активированную двумя электроноакцепторными замес­тителями COR; COOR; NO₂; CN). Диазоэфиры образуются при нитрозировании эфиров -аминокислот:

Диазокетоны и диазоэфиры гораздо стабильнее диазоалканов и легко выделяются в индивидуальном виде. Как уже было отмечено ранее в главе 21, алифатические диазониевые соли невозможно выделить в качестве стабильных интермедиатов в реакции нитрозирования первич­ных алифатических аминов. Диазониевые соли алифатического ряда спон­танно разлагаются с выделением азота либо в резуль­тате атаки нуклеофильного реагента по механизму S_N2, либо в ре­зультате образования "горячего" карбокатиона по механизму S_N1.

22.2.7.б. Свойства диазоалканов

Диазометан и другие диазоалканы количественно реагируют с гидроксильной группой карбоновых кислот, фенолов и енолов, а при ка­тализе эфиратом трехфтористого бора и со спиртами в эфирном раст­воре при -10-20°С.

Предполагается, что в каждой из этих реакций в первой стадии проис­ходит перенос протона к диазометану с образованием крайне нестабильного катиона метилдиазония СH₃N₂⁺, который затем взаимодейству­ет с карбоновой кислотой или другим нуклеофильным агентом с обра­зованием конечного продукта метилирования.

В синтетическом отношении это наиболее важные реакции диазоалканов.

Многие реакции диазоалканов подробно описаны в других главах. Образование карбенов из диазометана и диазоуксусного эфира описа­но в главе 5. Перегруппировка Вольфа представляет собой превраще­ние диазокарбонильных соединений в кетены, катализируемое ионами серебра или облучением. Эта перегруппировка лежит в основе обще­го метода синтеза карбоновых кислот по Арндту-Эйстерту, рассмот­ренного в главе 18.

Механизм перегруппировки Вольфа и других родственных согласован­ных секстетных перегруппировок обсуждается в главе 26.

Взаимодействие альдегидов и кетонов с диазометаном представ­ляет собой метод получения гомологов карбонильных соединений. В качестве побочных продуктов образуются оксираны. В первой стадии в результате нуклеофильного присоединения диазометана к карбо­нильной группе образуется бетаин. Бетаин стабилизируется двумя альтернативными путями - замыканием трехчленного цикла в резуль­тате нуклеофильной S_N2-атаки кислорода по метиленовой группе с одновременным отщеплением молекулярного азота, либо за счет миграции группы R.

Альдегиды в реакции с диазометаном дают метилкетоны и оксираны, но не гомологи альдегидов. Это указывает на то, что гидрид-ион мигри­рует легче, чем алкильная группа. Алифатические альдегиды при вза­имодействии с диазометаном дают метилкетоны с удовлетворительным выходом порядка 30-75%, в то время как для ароматических альдеги­дов выход арилметилкетонов значительно выше. Исключение составля­ют альдегиды, содержащие сильные электроноакцепторные заместители, для которых преобладающим направлением становится образование оксиранов. Реакция диазометана с алифатическими кетонами не имеет практического значения, поскольку выход гомологов кетонов не пре­вышает 20-30%, а для несимметричных кетонов получаются оба воз­можных гомолога наряду со значительным количеством оксирана.

Практическое значение эта реакция приобрела для некоторых циклических кетонов как метод расширения цикла. Образование оксиранов можно свести к минимуму, если проводить реакцию в присутст­вии сильных кислот Льюиса - бромида или хлорида алюминия. Кислота Льюиса блокирует неподеленную пару электронов атома кислорода в бе­таине, что препятствует замыканию оксиранового цикла в результате внутримолекулярной нуклеофильной атаки кислорода по метиленовой группе бетаина.

Фактически реакция расширения цикла циклоалканонов пригодна толь­ко для получения циклогептанона и циклооктанона. Циклические кетоны с размером цикла C₈-C₁₂ реагируют настолько медленно, что этот метод не имеет практического значения, а макроциклические кетоны образуют сложные и трудноразделимые смеси высших гомологов.

Особую группу реакции диазоалканов составляют так называемые реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения к активированным алкенам и алкинам. Эта большая группа реакций будет подробно рассмот­рена в главе 25.

22.3. Циклические азосоединения - диазирины

В конце XIX века для диазометана и других диазоалканов было предложено две альтернативные структурные формулы - линейная (И.Тиле) и циклическая (Г.Пехман). Каждая из них имела своих сторонников и противников. На протяжении многих лет не было убедительных аргументов в пользу какой-либо из этих структур. Спектроскопические данные определенно указывали на ли­нейную структуру диазометана и других диазоалканов, но однознач­ные доказательства в ее пользу были получены сравнительно недав­но, после того как Э.Шмитц в 1961 году получил изомерные им диазирины общей формулы . Диазирины образуют при окислении циклических гидразинов - диазиридинов с помощью таких окислителей как оксид серебра или оксид ртути.