Замещение диазогруппы на галоген.Для замены диазогруппы на атомы хлора или брома используют реакцию Зандмейра-Гаттермана.

Целевой продукт получается с высоким выходом. Поскольку реакцию проводят в водном растворе, в качестве побочных продуктов образуются гидроксисоединения. Процесс, по-видимому, протекает по следующей схеме:

Таким образом, галогенид меди (I) регенерируется и по существу служит катализатором. Другая точка зрения состоит в том, что соль диазония и хлорид меди (I) на холоду образуют комплекс, который при нагревании распадается по радикальному механизму с образованием арилхлорида. По методу Зандмейерараствор соли диазония обрабатывают хлоридом или бромидом меди (I) при 0—5 °С, а по методу Гаттермана— медью с HCl или HBr при температуре около 50 °С, однако выходы продукта по этому методу ниже и порошок меди должен быть свежеприготовленным (действием цинковой пыли на водный раствор CuSO4). Имеются и другие модификации этого метода.

Замену диазогруппы на иод осуществляют солями иода в отсутствие катализатора и с хорошими выходами.

По-видимому, под действием окислителей иодид-ион превращается в иод, который с иодид-ионом образует I3–. Это подтверждается выделением солей ArN2+I3–, которые при стоянии превращаются в продукты реакции.

Исследователи не исключают и свободнорадикальный механизм.

Одним из лучших методов введения атома фтора в ароматическое кольцо является реакция Шимана.

К растворам солей диазония добавляют холодный водный раствор NaBF4, HBF4 или NH4BF4. Выпавший осадок высушивают и сухую соль ArN2+BF4– нагревают. Борфториды арилдиазония гладко разлагаются с достаточно высокими выходами целевого продукта. Реакция идет по механизму SN1, промежуточным продуктом является фенил-катион.

Ниже приводятся примеры таких реакций, встречающихся в синтезе лекарственных веществ (антитусин и др.):

Замещение диазогруппы на CN- и другие группы.Замена диазониевой группы на циано- и нитрогруппы также относится к реакциям Зандмейера. Чтобы избежать образования HCN необходимо поддерживать нейтральную среду, а в случае нитрита натрия реакция идет только в нейтральной или щелочной среде. Выход целевых продуктов хороший.

Для предотвращения конкурентной реакции с хлорид-ионом часто используют арилдиазоний борфториды.

Для замены диазогруппы на сульфохлоридную, соли диазония обрабатывают диоксидом серы в присутствии хлорида меди (II):

Эта реакция применяется в синтезе некоторых сульфамидных препаратов:

Гидридное замещение диазониевой группы — хороший метод удаления аминогруппы из ароматического кольца. Наиболее удобно использовать соли фосфорноватистой кислоты (H3PO2), однако применяют и другие восстановители (формальдегид, метанол).

С помощью этой реакции удаляют аминогруппу после того, как она направила другие заместители в заданные положения кольца:

Восстановление солей диазония сернистой кислотой и ее солями, цинком в кислой среде, боргидридом натрия в ДМФА и др. методами приводит к образованию монозамещенных гидразинов.

Реакция азосочетания

Одним из важнейших превращений солей диазония, во многом определившим их широкое использование, является реакция азосочетания. Диазотирование аминов при этом обычно ведут в соляной кислоте, так как NOCl активнее N2O3, а также реакция второго порядка в соляной кислоте технологически предпочтительнее реакции третьего порядка в серной кислоте.

Азосочетание с аренамиидет по механизму 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 обычно диазокатион существует при 0—10 °С, поэтому реакцию азосочетания ведут при температуре 0—25 °С, а в этих условиях с диазокатионом реагируют только активированные арены.

Активность электрофильных частиц в этой реакции зависит от заместителей в ароматическом ядре в орто- и пара-положениях относительно диазогруппы и уменьшается в ряду:

Сочетание с фенолами и нафтолами чаще всего проводят в слабощелочной среде (растворы соды, ацетата натрия), в которой они хорошо растворяются и находятся в активной фенолятной форме. Сильнощелочные растворы (растворы NaOH) неблагоприятны для азосочетания, так как переводят соли диазония в неактивные формы (диазогидрат и диазотат).

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

Сильнокислая среда недопустима, т.к. группа NH3+ является акцептором электронов и дезактивирует ароматическое ядро. Соли аминов не вступают в реакцию азосочетания.

В случае первичных и вторичных аминов электрофилы атакуют и атом азота. Образующиеся при этом диазоаминосоединения (арилтриазены) в ряде случаев изомеризуются в С-азосоединения:

Направление реакции азосочетания с первичными и вторичными аминами сильно зависит от кислотности среды. Чтобы снизить образование побочных арилтриазенов реакцию проводят при рН не более 4.

Азосочетание ведут при низких температурах (0—25 °С), 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 ее стараются избежать. Однако в синтезе азидина она является целевой:

Сочетание солей диазония с алифатическими азосоставляющими.В алифатическом ряду реакция азосочетания известна лишь с соединениями общей формулы Z–CH2–Z' или Z'–CHR–Z (β-кетоэфиры, малоновый эфири т. п.), где Z и Z' ацильные, карбоксильные и др. электроноакцепторные заместители. Вероятный механизм SE1:

В этом случае первоначально образующееся соединение неустойчиво и изомеризуется в гидразон, который и является продуктом реакции. При проведении реакции с соединениями типа Z'–CHR–Z отщепляется одна из электроноакцепторных групп (особенно, если это ацил или карбоксил) и, также, как и в предыдущем случае, образуется гидразон:

При наличии в молекуле и ацильной и карбоксильной групп преимущественно отщепляется карбоксильная. При этом реакция может идти через енолизацию субстрата и электрофильное присоединение соли диазония по двойной связи с образованием p- и s- комплексов:

В отсутствие ацильных и карбоксильных групп в молекуле алифатического субстрата образуется азосоединение.

В синтезе индопана и серотонина азосочетание сопровождается декарбоксилированием 2-пиперидона-3-карбоновой кислоты, и азогруппа становится на место уходящей карбоксильной группы:

Другим примером использования азосоставляющей неароматического характера является одна из стадий в синтезе меркаптопурина: