Sali di arildiazonio a coloranti azoici: accoppiamento diazo

La reazione di sali debolmente elettrofili di arildiazonio (chiamato anche arendiazonio) con composti aromatici altamente attivati porta alla formazione di prodotti con un legame —N=N—, chiamato legame azo. Questa reazione, presentata in Figura 1, è nota come diazo accoppiamento e avviene senza la perdita degli atomi di azoto del sale di arildiazonio. Composti aromatici altamente attivati come fenoli o arilammine favoriscono la reazione di accoppiamento diazo. L'accoppiamento avviene generalmente nella posizione para. Tuttavia, se la posizione para viene sostituita, l'accoppiamento avviene nella posizione orto.

Figura 1. Rappresentazione generica di una reazione di accoppiamento diazo. Il composto del diazonio è all'estrema sinistra e il prodotto è un composto azoico. H–Ar′ deve essere un composto attivato.

Meccanicamente, la reazione procede tramite una reazione di sostituzione elettrofila tramite donazione degli elettroni π del nucleo aromatico attivato all'azoto elettrofilo, risultando in un carbocatione stabilizzato per risonanza.

Figura 2. Meccanismo dell'accoppiamento diazo e stabilizzazione della risonanza del carbocatione (dove ERG = OH e Ar = Ph).

La Figura 3 illustra la fase finale, che prevede la deprotonazione del carbocatione per produrre il prodotto diazo.

Figura 3. Formazione di un composto diazo.

Come illustrato in Figura 4, il ruolo della basicità nella reazione di accoppiamento diazo è evidente. Per i fenoli, è più fattibile in condizioni leggermente alcaline, dove il fenolo è presente come ioni fenossido. La formazione di apprezzabili ioni fenossido attiva l'anello aromatico, favorendo così l'accoppiamento tra ioni arendiazonio e fenoli in una soluzione leggermente basica. Tuttavia, un'eccessiva alcalinità della soluzione (pH > 10) porta alla formazione di ioni diazoidrossido o diazotato, che non sono reattivi all'accoppiamento.

Figura 4. Influenza della basicità sulla reazione di accoppiamento diazo.

A differenza dei fenoli, come mostrato in Figura 5, l'accoppiamento diazo delle ammine avviene in modo ottimale nell'intervallo di pH acido compreso tra 5 e 7. La reazione è guidata dalla concentrazione dello ione arendiazonio, che, a questo pH, è al massimo.

Figura 5. Reazione di accoppiamento diazo delle ammine.

I composti diazo-accoppiati presentano un esteso sistema di elettroni π coniugati allineando i due anelli aromatici nella coniugazione, rendendoli fortemente cromofori. Ciò si traduce nel colore intenso dei composti azoici, noti come coloranti azoici. Esempi di coloranti azoici includono giallo alizarina, giallo burro, rosso congo, arancio II e rosso para.

Oltre ad essere eccellenti coloranti, i composti diazo furono identificati anche come antibiotici quando Domagk G., nel 1935, utilizzò con successo il prontosil su sua figlia per prevenire un'infezione letale da streptococco; questo segnò l'inizio dell'era moderna degli antibiotici sintetici. Prontosil è inattivo contro i batteri, ma nel corpo umano viene metabolizzato per produrre un composto chiamato sulfanilamide, che presenta proprietà antibatteriche.

Figura 6. Metabolismo del prontosil nella forma farmacologica attiva della sulfanilamide.