疊氮化合物 （Azide Compound）

疊氮化合物 （Azide Compound）
國立臺灣師範大學化學系博士班三年級梁家榮

一提到疊氮化合物，第一個聯想到的關鍵字，很可能就是疊氮化鈉，也就是安全氣囊的製作原料之一。安全氣囊可以利用疊氮化鈉在汽車接受到撞擊時，相當短暫的時間內，大量製造出氮氣。作為填充氣囊並達到緩衝撞擊的用途，以減少駕駛受到撞擊所帶來的傷害。

疊氮化合物（azide compound）是一種帶有三個氮原子的直線型負離子官能基團，常以縮寫 $$\mathrm{{N_3}^-}$$ 來表示。在八隅體的規則確立之後，科學家們才開始了解疊氮化合物可能存在的結構式。

由於疊氮化合物具有許多種共振的可能性，一般會以兩種最穩定，並且可以相互共振的形式來解釋疊氮化合物的結構。（如圖一）疊氮官能基團可以視為一種假鹵素（pseudohalogen），其原因是因為電荷分佈的方式與鹵素雷同，性質也有相似之處。

疊氮官能基團具有未成對電子，所以同時是強的親核試劑（nucleophilic reagent），另一方面雖然疊氮官能基本身並不是好的離去基（leaving group）。但是因為容易反應產生氮氣氣體脫去，所以也是很容易發生取代反應。

圖一、疊氮化合物的共振式。

關於疊氮化合物的製備，以無機鹽類的疊氮化鈉在工業上的製備方式為例。可以利用一氧化二氮（nitrous oxide）與胺化鈉（sodium amide）在氨水作為溶劑下反應，使反應可生成疊氮化鈉、氫氧化鈉、以及氨氣。（式一）

$$\mathrm{N_2O+2NaNH_2\rightarrow NaH_3+NaOH+NH_3}$$（式一）

從電負度（electronegativity）的角度來看，鈉金屬相對於其他過渡金屬而言，是拉電子能力相當弱的金屬。

由於此一特性，由鈉形成的疊氮化合物比較不容易因為金屬拉電子的影響而降低電荷密度，使得氮-氮單鍵斷鍵。因此疊氮化鈉也較其他過渡金屬所形成的疊氮化合物不易生成氮氣，避免過於容易引起爆炸。但是此一疊氮化合物在加熱、或受撞擊的條件下，仍然能既快速又有效的生成大量的氮氣，這也是安全氣囊選擇用疊氮化鈉的原因之一。

以有機合成的方式製備疊氮化合物，最早是在 1864 年由化學家Peter Griess開始發展，但是到了 1950 年之後因為發現疊氮化合物可以有更多合成的應用價值，才又引起了化學家們的研究興趣。

較為著名的有機合成方式可以從 Dutt–Wormall 反應來製備。首先利用重氮化合物（diazonium compound）與磺醯胺化合物（sulfonamide）進行反應，經過水解之後脫去亞磺酸（sulfinic acid）可以生成疊氮化合物與一分子的鹽酸。如圖二

圖二、有機疊氮化合物的製備。 

疊氮化合物屬於 1,3-偶極化合物（1,3-dipole compound）的一類，因此可以和炔基進行 $$[3+2]$$ 的偶極環加成反應，又稱為鍵擊化學（click chemistry）。許多化學家們也正在對此一類的化學進行研究，是一種可以很有效的應用於製備 1,2,3-三唑（1,2,3-triazole）的有機合成方式。

參考資料：

1. Scriven, E. F. V.; Turnbull, K. Chem. Rev. 1988, 88, 297.
2. Bräse, S.; Gil, C.; Knepper, K.; Zimmermann, V. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44,5188.
3. Dutt, P. K.; Whitehead, H. R.; Wormall, A. J. Chem. Soc., Trans., 1921, 119, 2088.
4. 疊氮化合物 http://en.wikipedia.org/wiki/Azide