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化学において、アジド（/ ˈeɪzaɪd /、AY -zyd ）は、式N - 3、構造−N =N + =N−を持つ直線状の多原子陰イオンです。これは、アジ化水素酸HN3の共役塩基です。有機アジドは、アジド官能基を含む式RN3の有機化合物です。[ 1 ]アジドの主な用途は、エアバッグの推進剤としてです。[ 1 ]
アジ化ナトリウムは、液体アンモニアを溶媒として、亜酸化窒素（N₂O ）とナトリウムアミド（NaNH₂ ）の反応によって工業的に製造されます。[ 2 ]
多くの無機アジドは、アジ化ナトリウムから直接または間接的に製造できます。たとえば、起爆装置に使用されるアジ化鉛は、硝酸鉛とアジ化ナトリウムの複分解反応によって製造できます。別の方法として、金属を液体アンモニアに溶解したアジ化銀と直接反応させる方法もあります。[ 3 ]一部のアジドは、炭酸塩をアジ化水素酸で処理することによって製造されます。
アジドは直線構造を持ち、二酸化炭素（CO₂ ）、シアン酸塩（OCN⁻ ）、亜酸化窒素（N₂O）、ニトロニウムイオン（NO⁺²）、フッ化ベリリウム分子（BeF₂）、フッ化シアン（FCN ）と等電子です。原子価結合理論によれば、アジドはいくつかの共鳴構造で表すことができ、重要なものとしてN⁻ = N⁺ = N⁻があります。類似の中性三窒素分子も直線構造を持つことができますが、環状異性体も知られています。
アジド塩は窒素ガスを放出しながら分解する。アルカリ金属アジドの分解温度は、 NaN 3 (275 °C)、KN 3 (355 °C)、RbN 3 (395 °C)、CsN 3 (390 °C) である。この方法は超高純度アルカリ金属の製造に用いられる。[ 4 ]
アジド塩のプロトン化は、強酸の存在下で毒性があり爆発性のアジ化水素酸を生成する。
配位子としてのアジドは、数多くの遷移金属アジド錯体を形成する。これらの化合物の中には、衝撃に敏感なものもある。
多くの無機共有結合性アジド（例えば、フッ素アジド、塩素アジド、臭素アジド、ヨウ素アジド、ケイ素テトラアジド）が報告されている。[ 5 ]
アジド陰イオンは求核剤として働き、脂肪族系および芳香族系の両方に対して求核置換反応を起こします。エポキシドと反応して開環反応を起こし、 1,4-不飽和カルボニル化合物に対してマイケル様共役付加反応を起こします。[ 1 ]
アジドは、 N 2を放出するように誘導することで、金属ニトリド錯体の前駆体として使用でき、異常な酸化状態の金属錯体を生成します(高原子価鉄を参照)。
アジドは酸化還元反応において相反する性質を持ち、窒素のフロスト図に示すように容易に不均化反応を起こすため、酸化性にも還元性にもなり得ます。この図は、アジド酸HN 3 (またはアジドイオン) が、左側のアンモニウムイオンNH + 4と右側の分子状窒素N 2という、はるかに安定な2つの種に囲まれていることから、エネルギー的に非常に不安定であることを示しています。フロスト図に見られるように、不均化反応は系のギブズ自由エネルギー∆ G ( −∆ G / F = zE、ここでFはファラデー定数、z は酸化還元反応で交換される電子の数、 E は標準電極電位) を低下させます。不均化反応は系のエネルギーを最小化することで、その熱力学的安定性を高めます。
アジドは亜硝酸ナトリウムなどの亜硝酸塩化合物と反応して分解します。それぞれの基本的な酸化還元反応は、2種類の異なる窒素種（N − 3とNO − 2）が同じ窒素種（それぞれN 2、N 2 O、NO）に収束し、溶液が酸性化されると促進されるため、不均化反応でもあります。これは、廃棄前に残留アジドを分解する方法です。[ 6 ]この過程で、窒素ガス（N 2）と窒素酸化物（N 2 OとNO）が生成されます。
（下記の括弧内の表記は、各原子種における窒素の酸化状態を示しています。）
アジド（− 1 / 3 ）（還元剤、電子供与体）は、 N 2（0）、亜酸化窒素（N 2 O）（+1）、または一酸化窒素（NO）（+2）に酸化され、同時に亜硝酸塩（+3）（酸化剤、電子受容体）は、上記で検討した各素反応において、対応する同じ種に還元されます。これら 3 つの不均化酸化還元反応の反応生成物のそれぞれの安定性は、窒素のフロスト図で確認できるように、 N 2 > N 2 O > NOの順です。
2005年には、世界で年間約251トンのアジド含有化合物が生産され、主な製品はアジ化ナトリウムであった。 [ 7 ]
アジ化ナトリウムNaN 3は自動車のエアバッグの推進剤です。加熱すると分解して窒素ガスを生成し、それがエアバッグを素早く膨張させるために使用されます。[ 7 ]
アジ化鉛、Pb(N 3 ) 2などの重金属アジドは、衝撃に敏感な起爆剤であり、対応する金属と窒素に激しく分解します。例: [ 8 ]
アジ化銀AgN 3とアジ化バリウムBa(N 3 ) 2も同様に使用される。
有機アジドの中にはロケット推進剤になり得るものがあり、例えば2-ジメチルアミノエチルアジド（DMAZ）（CH 3）2 NCH 2 CH 2 N 3などが挙げられる。
アジ化ナトリウムは、非生物的制御実験で微生物の増殖を防ぐための静菌剤として実験室で一般的に使用されています。しかし、アジド陰イオンは求核剤であり、酸化還元活性種であるため、予期せぬ望ましくない副反応を引き起こす可能性があります。不均化を起こしやすいため、酸化剤としても還元剤としても作用する可能性があります。したがって、多くの物質と予測不可能な方法で干渉する可能性があります。[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]例えば、アジド陰イオンは黄鉄鉱（FeS2 ）を酸化してチオ硫酸塩（S2O2−3 ）を生成したり、キノンをヒドロキノンに還元したりすることができます。[ 12 ]また、亜硝酸塩（NO − 2 ）を亜酸化窒素（N2O ）に、Fe2 +をFe0（ゼロ価鉄、ZVI）に還元することもできます。[ 12 ]アジドは土壌中のN 2 O放出も増加させる可能性があります。提案されている説明は、アジドが脱窒酵素の合成に関与しているため、脱窒プロセスが刺激されるというものです。[ 13 ]さらに、アジドは土壌中の溶存有機物(DOM)の吸光度と蛍光光学特性にも影響を与えます。[ 14 ]生化学的および生物学的分析に関する文献には、他にも多くの干渉が報告されています。
アジ化ナトリウムNaN₃は、高速中性子炉の冷却材として使用される金属ナトリウムの精製に使用されます。[ 15 ]
アジ化水素酸はアジド陰イオンのプロトン化形態であり、還元電位が非常に低く（E ° red = -3.09 V）、リチウム（E ° red = -3.04 V）より も強い還元剤であるため、乾燥固体アジ化ナトリウムを厳密な無酸素条件下（例えば、残留酸素濃度が非常に低い（< 1 ppm vol.）特殊な嫌気性グローブボックス内）で溶融金属ナトリウム（ E ° red = -2.71 V）に添加することで、ナトリウム浴中に残っているNa +不純物を還元することができる。反応残渣は気体状のN2のみである。
E ° ox = −E ° redであるため、酸化還元対を還元剤として提示すると、以下の一連の酸化反応が生じる。
アジド官能基は、銅(I)触媒によるアジド-アルキン環化付加( CuAAC )反応を介してクリックケミストリーで一般的に利用されており、銅(I)が有機アジドと末端アルキンの環化付加を触媒し、トリアゾールを形成する。[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]
アジド官能基は光照射によって分解され、分子状窒素（N₂）と反応性ラジカル（ニトレンなど）に変換されるため、有機分子を光活性化するためにも使用されます。このようにして生物活性分子が修飾されると、光によって生成されたラジカルは、光親和性標識やオプトターゲティングに使用できます（眼、特に網膜は、体内の他の臓器よりも多くの光にさらされるという現象に基づいています）。[ 19 ] [ 20 ]
アジ化ナトリウムの非常に有害かつ違法な使用例として、密猟者がシアン化ナトリウムの代替品として転用し、細胞呼吸過程における電子伝達系を阻害することで、一部の動物種を毒殺する行為が挙げられる。
アジドは爆発性物質[ 9 ] [ 21 ] [ 22 ]および呼吸器毒物である[ 9 ] [ 23 ] 。アジ化ナトリウム（NaN3 ）はシアン化ナトリウム（ NaCN）とほぼ同程度の毒性（ラットにおける経口LD50は27mg / kg）を持ち、皮膚から吸収される。アジ化ナトリウムが酸と接触すると、シアン化水素（HCN）と同程度の毒性と揮発性を持つ揮発性アジ化水素酸（HN3 ）を生成する。実験室の空気中に低濃度で誤って存在すると、鼻づまりなどの刺激を引き起こす可能性があり、高濃度では窒息や死亡に至る可能性がある。 [ 24 ]毒性メカニズムは、部分的にはシアン化物と似ており、シトクロムCオキシダーゼ阻害を引き起こしますが、アジ化物も生体内で一酸化窒素を生成し、低血圧、心筋および呼吸不全、代謝性アシドーシスを引き起こします。
アジ化鉛（Pb(N 3 ) 2）などの重金属アジドは、加熱または振とうすると爆発する一次高性能爆薬です。重金属アジドは、アジ化ナトリウム溶液またはHN 3蒸気が重金属（鉛や水銀など）またはその塩と接触すると生成されます。重金属アジドは、金属パイプラインやさまざまな機器（ロータリーエバポレーター、凍結乾燥装置、冷却トラップ、ウォーターバス、廃管）の金属部品などに特定の状況下で蓄積し、激しい爆発を引き起こす可能性があります。[ 9 ]
{{cite book}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク){{cite journal}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク){{cite bioRxiv}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)