III.5. Равновесия между различными формами диазосоединений.

Катион арендиазония проявляет свойства двухосновной кислоты Льюиса. Согласно принципу ЖМКО он относится к разряду очень мягких кислот Льюиса, для которых константа равновесия реакции

с мягкими основаниями типа цианид- и сульфит-иона высока (10³-10⁵), в то время как с жесткими основаниями OH^-, OR^- и др. она очень мала. При добавлении щелочи к раствору соли диазония первоначально образуется диазогидроксид (старое название диазогидрат).

В отличие от катиона диазония, как кислоты Льюиса, диазогидрат является протонной, брендстедовской кислотой, которая быстро взаимодействует с еще одним гидроксид-ионом с образованием диазотат- аниона.

В нейтральном водном растворе эти равновесия могут быть выражены следующим образом:

Катион арендиазония представляет собой кислоту Льюиса, тогда как диазогидрат является классической кислотой Бренстеда.

Для обычных многоосновных кислот Бренстеда всегда первая константа диссоциации больше, чем вторая, а вторая больше чем третья. Принимая во внимание то, что катион арендиазония - кислота Льюиса, а диазогидрат -–кислота Бренстеда, приведенная выше закономерность может и не выполняться. Действительно, для приведенных выше констант равновесия К₂ >К₁.

Значение рК₁ для катионов арендиазония изменяется в интервале 11-13, а рК₂ для диазогидратов колеблется в интервале 9-10. Поэтому концентрация диазогидрата в водном растворе должна быть очень мала и его трудно зафиксировать обычными спектральными методами, хотя его существование не вызывает сомнения.

Диазотат-анионы подобно другим соединениям с двойной связью азот-азот или углерод-азот. существуют в анти-(транс-) и син-(цис-) формах. При взаимодействии катиона арендиазония со щелочью первоначально образуется менее стабильная син-форма диазотата, которая при стоянии или нагревании в щелочной среде переходит в более стабильную анти-форму.

Скорость изомеризации син-диазотата в анти-изомер зависит от природы заместителей в бензольном кольце. Электроноакцепторные заместители облегчают эту изомеризацию и катион пара-нитробензолдиазония или 2,4- динитробензолдиазония при обработке водной щелочью сразу же превращается в анти-диазотат.

Электронодонорные заместители замедляют син-анти-изомеризацию. Для превращения катиона пара-метоксибензолдиазония в анти-диазотат необходимо нагревать раствор диазониевой соли со щелочью.

Диазотат-ионы относятся к амбидентным ионам с двумя независимыми нуклеофильными центрами - кислородом и азотом. При протонировании анти-диазотата образуется только N-нитрозоамин, т.е. амбидентный анти-диазотат-ион протонируется исключительно по атому азота.

Далее N-нитрозоамин в кислой среде медленно превращается в катион арендиазония, как было уже описано ранее в соответствии со стадиями (2 - 6) при обсуждении механизма диазотирования. Син- диазотаты при протонировании образуют диазогидраты в результате протонирования по кислороду. Диазогидрат далее очень быстро превращается в кислой среде в катион арендиазония.

Такое различие в поведении син- и анти- форм диазотат-ионов обусловлено тем, что син-диазотат обладает более высокой основностью по сравнению с анти-диазотатом и протонируется поэтому по атому кислорода. Менее основный анти-диазотат протонируется по атому азота с образованием N- нитрозоамина. Различие в основности двух форм диазотатов хорошо объясняет смещение равновесия в сторону менее основного и, следовательно, более стабильного анти-диазотата при нагревании. Обратная изомеризация в некоторых случаях наблюдается только при УФ облучении.

Общую схему протолитических превращений ароматических диазосоединений в водном растворе можно представить следующим образом (Б.А. Порай-Кошиц, Г.Цоллингер):

Уместно заметить, что подобную сложную последовательность превращений на основании чисто умозрительных рассуждений предложил А.Ганч еще в 1894 году. В настоящее время она надежно доказана.

Диазотат-ион проявляет свойственную амбидентным ионам двойственную реакционную способность не только при протонировании, но и в реакциях алкилирования. При алкилировании натриевых солей анти-диазотатов мягкими алкилиодидами и алкилбромидами получаются N- алкилнитрозоамины, тогда как с жесткими алкилтозилатами или солями триалкилоксония образуются диазоэфиры.

Серебряные соли анти-диазотатов алкилируются только по атому кислорода, что приводит к получению диазоэфиров.

В отличие от этого соли син-диазотатов дают при алкилировании самыми разнообразными алкилирующими агентами транс-азоксисоединения.