甲基橙的制备的实验论文.doc

有机综合实验甲基橙的制备环境与化学工程学院化学111韩丰 郭麟指导老师：杨光甲基橙的制备韩丰，郭麟（大连大学 环境与化学工程学院化学111，辽宁 大连 116600）指导老师：杨光摘要 甲基橙实验室常用酸碱指示剂，实验室合成甲基橙的传统方法为低温二步法,存在着条件难控制、费时、费工收率低的问题。甲基橙的传统合成方法先将对氨基苯磺酸碱化成水溶性较好的盐,然后在低温强酸性环境中发生重氮化反应,制得的重氮盐于醋酸环境中与N,N-二甲基苯胺偶联、碱中和、重结晶制得。然后本次实验有两个方面的考虑，其一，我们在此基础上主要研究将浓盐酸换成硫酸和磷酸以此看各种酸对产率的影响；其二，由于传统合成方法在重氮化时,忽略对氨基苯磺酸本身的酸性在重氮化中的作用，所以我们探究一种在常温下合成甲基橙，以此来突破低温，缩短实验时间，降低合成过程中药品的消耗，同时提高产率。关键字 甲基橙 重氮化 偶合反应 常温 91 前言19世纪50年代后，滴定分析法中采用了人工染料指示剂，1875年，德国人G.隆格合成了甲基橙。甲基橙作为实验室常用的酸碱指示剂，其用途是非常广泛的，而且还可作为生物染色，生化研究，测定多数矿酸、强碱和水的碱度等其他用途，所以对于甲基橙的制备是很有意义的。甲基橙，中文别名金莲橙D；对二甲基氨基偶氮苯磺酸钠；为橙红色鳞状晶体或粉末。微溶于水，较易溶于热水，不溶于乙醇，显碱性。0.1%的水溶液是常用的酸碱指示剂，pH值变色范围3.1（红）-4.4（黄），测定多数矿酸、强碱和水的碱度。最大吸收波长505nm，有毒，注意实验操作的安全。传统上制备甲基橙都是先重氮化再偶合，所需的条件是低温，因为操作过程中要防止重氮盐的分解。我们通过不同实验操作过程和对实验中某些药品的替换，来探索提高甲基橙的产率，最终确定甲基橙的最佳制备方法。2实验2.1实验仪器和药品2.1.1实验仪器：烧杯（50ml 100ml）玻璃棒 温度计（200）胶头滴管 布氏漏斗 吸滤瓶 DF-101C型集热式恒温加热磁力搅拌器 SHZ-D（）循环水式真空泵 滤纸 天平 量筒（50ml 10ml） 试管2.1.2药品：对氨基苯磺酸 N，N-二甲基苯胺 氢氧化钠（10%） 亚硝酸钠 浓盐酸（38%） 硫酸（98%） 磷酸（85%） 冰醋酸 乙醇 淀粉碘化钾试纸 PH试纸2.2实验原理：2.2.1：传统法：芳香族伯胺在酸性介质中和亚硝酸钠作用下生成重氮盐，重氮盐与芳香叔胺偶联，生成偶氮染料。 将对氨基苯磺酸与氢氧化钠作用生成易溶于水的盐，再与重氮化，然后再与N,N二甲基苯胺偶联得到粗产品甲基橙。反应表达式如下：2.2.2：改良法一：利用对氨基苯磺酸本身的酸性，直接加入碱N，N-二甲基苯胺，使成盐为可溶物，利用体系中对氨基苯磺酸的酸性，将亚硝酸钠转化为亚硝酸，同时补加适量的醋酸，补充体系中因转化亚硝酸钠为亚硝酸时酸性的不足，并营造出适当的酸性环境有利于重氮盐和N，N-二甲基苯胺的偶合，避免为未反应的胺生成重氮氨基化合物，由于对氨基苯磺酸的重氮化要消耗亚硝酸故可使生成亚硝酸的反应右移。反应表达式：2.2.3：改良法二： 利用对氨基苯磺酸本身的酸性和亚硝酸钠反应，生成对氨基苯磺酸钠和亚硝酸，由于亚硝酸不稳定，需要向在里面加盐酸，在此条件下，加入N，N-二甲基苯胺，生成的重氮离子与其进行亲电取代，生成甲基橙。反应表达式：表1 实验所需药品的物理常数物质熔点/沸点/密度/g/cm3溶解度分子量/g/mol水乙醇对氨基苯磺酸钠2881.485微溶不溶173.19亚硝酸钠271320分解2.168易容69.01N，N-二甲基苯胺2.451940.956不溶溶121.18甲基橙300分解1.28溶不溶327.33浓盐酸-114.8108.61.179易36.47浓硫酸3381.84易98.08磷酸42.35 1581.685易98.0乙醇-11478.30.789446.072.3 实验过程：2.3.1传统法： 对氨基苯磺酸重氮盐的制备在100ml烧杯中、加入2.1g(0.012mol)对氨基苯磺酸晶体和10ml 5氢氧化钠溶液（0.012mol），温热使结晶溶解，冷至室温以下。加0.8g亚硝酸钠。在搅拌下，将此混合液慢慢用滴管分批滴入3ml浓盐酸（质量分数：38%，密度：1.179g/ml）（0.036mol）和10ml水配成的溶液，维持温度05以下，直至用淀粉碘化钾试纸检测呈现蓝色为止，继续在冰盐浴中放置15min，使反应完全，这时往往会有白色细小晶体析出。 偶合反应在另一试管中加入1.3ml （0.01mol）N,N-二甲基苯胺和1ml 冰醋酸，并混匀。在搅拌下将此混合液缓慢加到上述冷却的重氮盐溶液中，加完后继续搅拌10min。此时有红色的酸性黄沉淀，缓缓加入约15ml 10%氢氧化钠溶液，直至反应物变为橙色（注：如果没有变为橙色，由于酸过量，应再加入氢氧化钠中和至橙色），甲基橙粗品呈细粒状沉淀析出。将反应物加热沸腾，使甲基橙完全溶解，冷却，待晶体完全析出后，抽滤，干燥，得粗产品4.6g； 重结晶：粗产品用1g产品25ml水进行重结晶。待结晶析出完全，抽滤，依次用少量水、乙醇洗涤，压紧抽干，得片状结晶。 检验：溶于少许甲基橙于水中，加几滴稀盐酸，接着用氢氧化钠中和，观察颜色变化。（黄色-红色-黄色）实验流程如下：重氮盐对氨基苯磺酸NaOH温热，溶解缓缓的加入浓盐酸N，N-二甲基苯胺加入亚硝酸钠，放入冰水浴中和冰醋酸的混合物甲基橙甲基橙粗产物偶联产物加入氢氧化钠重结晶冷却，过滤2.3.2改良法1： 在100ml烧杯中将2.1g(0.012mol)对氨基苯磺酸和1.3ml（0.01mol）N,N-二甲基苯胺，混合均匀，然后在加入20ml水，充分搅拌的同时温水浴加热使其溶解，冷却至室温后，在冰水浴中冷至10一下，保持此温度，加入适量的的冰醋酸，迅速搅匀，并将0.8g亚硝酸钠和4ml水配成的溶液倒入烧杯内，刷洗3到4ml水也同时倒入，搅拌反应10到20分钟，逐滴加入氢氧化钠溶液，调pH为碱性。在沸水浴中加热使其溶解，然后冷却至晶体完全析出，抽滤。 重结晶：粗产品用1g产品25ml水进行重结晶。待结晶析出完全，抽滤，依次用少量水、乙醇洗涤，压紧抽干，得片状结晶。 检验：溶于少许甲基橙于水中，加几滴稀盐酸，接着用氢氧化钠中和，观察颜色变化。（黄色-红色-黄色）实验流程如下：加入亚硝酸钠配成的水溶液对氨基苯磺酸N，N-二甲基苯胺加入20ml水 冷却，加入冰醋酸， 温热使其溶解 搅拌甲基橙甲基橙粗产物加入氢氧化钠重结晶冷却，过滤2.3.3改良法2： 在100ml烧杯中加入2.1g(0.012mol)对氨基苯磺酸钠，0.8g亚硝酸钠和30ml水，搅拌至固体完全溶解，加入1ml浓盐酸，搅拌。量取1.3ml（0.01mol）N，N-二甲基苯胺，并用两倍体积的乙醇洗涤后一并加入滴液漏斗中，边搅拌边滴加，滴加完毕后，继续发生反应20分钟。滴加3ml 1mol/L氢氧化钠溶液，搅拌2到3分钟，将混合液水浴加热溶解，静置冷却，待生成晶体后，抽滤得粗产品。重结晶：粗产品用1g产品25ml水进行重结晶。待结晶析出完全，抽滤，依次用少量水、乙醇洗涤，压紧抽干，得片状结晶。检验：溶于少许甲基橙于水中，加几滴稀盐酸，接着用氢氧化钠中和，观察颜色变化。（黄色-红色-黄色）实验流程如下：加入N,N-二甲基苯胺对氨基苯磺酸亚硝酸钠和水搅拌使其溶解边滴加边搅拌甲基橙粗产物加入氢氧化钠重结晶冷却，过滤2.3.4：传统法将盐酸换为其他种类的酸在传统法的基础上在制备对氨基苯磺酸重氮盐中将3ml浓盐酸（质量分数：38%，密度：1.179g/ml）（0.036mol）依次为1ml硫酸（质量分数：98%，密度：1.84g/ml）和0.8ml磷酸（质量分数：85%，密度：1.685g/ml），然后重复2.3.1的操作。最后称量产物，得到产率。2.3.4实验装置图：3 结果与讨论3.1实验方法对产率的影响表2 三种制备甲基橙方法的比较方法传统法改良法1改良法2温度05室温室温反应时间3小时1.5小时1小时对氨基苯磺酸2.1g2.1g2.1gN,N-二甲基苯胺1.3ml1.3ml1.3ml亚硝酸钠0.8g0.8g0.8g盐酸3ml无1ml氢氧化钠35ml10ml5ml产量2.5g2.8g2.6g表3 三种制备甲基橙方法得到的产率由表2的各项数据和表3的产率比较可以知道相比较与传统法，两种改良法都明显的缩短了时间，而且降低药品的消耗，最重要的是产率也有了明显的提高。3.2比较传统法下各种酸对重氮化的影响：实验过程：同传统法（注：酸的种类有所变化）表4 不同种类酸的用量及对产率的影响酸浓盐酸硫酸磷酸用量3ml1ml0.8ml产率2.5g2.3g2.4g由表4可以得到经过实验可以浓盐酸的效果相比较其他两种酸的产率都高。4 结论经过几组实验的比较，先是甲基橙传统法中对其中无机酸的改变对产率的影响，可以看出其中浓盐酸对产率的影响较大；然后再是常温下和传统低温的比较，常温下利用对氨基苯磺酸本身的酸性来进行重氮化，省去外加酸的操作，减少原料的浪费；且温度上也不必要低温，省去能源的消耗；简化了实验步骤，节省了时间，而且产率也有所提高。5 个人体会及建议韩丰：这次综合性实验和其他同学的实验相比较，我们的实验显得非常简单，完全是在用有机物做无机实验，没有复杂的实验装置，没有其他有机实验那样漫长的等待，而且我们的实验产品也很容易做出来。但是当完全把实验做完时，我的收获还是很大的，首先，这是我们第一次没有老师的全面辅导，第一次自己查资料，第一次自己设计实验。与以前的实验完全不同的感受。通过收集资料，查阅书籍，我了解到对于一个实验，每步都是一个关键，一不注意的酸过量，碱不足，温度过高都对实验有着很大的影响，随便改变其中的一个条件，都会有着不同的效果，当了解到这些的时候，我深深的觉得这个实验真的不像想象中那么简单，需要的是全心全意的去思考某些东西，才可以完成这些实验。在实验中，有实验失败时的沮丧，也有实验成功的喜悦，这对于我来说是一次很深的记忆，以后还要做毕业论文，这次实验，无疑是一次宝贵的经验。还有这次实验由于时间的原因，每次方法都做了很少的次数，而得到的数据肯定不是很准确，所以假如以后可以从事科学研究，一定不能这样，必须保持严谨的态度，才能确保实验的准确性。针对这次实验，我想如果能在常温下加酸，或许能够得到更大的产率。最后，实验能够顺利完成，离不开老师的指导和同伴的共同努力，感谢他们的帮助。郭麟：这是第一次完成一个研究性实验，之前在做题的时候做过类似探究性实验，知道一般的步骤，可是真到自己做的时候却有些手忙脚乱。首先一定要制定好计划，想清楚每步要做什么，有什么注意事项。其次在改变变量的时候，一定要注意保证只改变一个，而其他的全都不变，也就是单一变量原则。当然，在实验的过程中，要保证安全。在做实验的过程中，我就出现了这样的一个小插曲，由于搅拌的过程中用力较大，使得N，N二甲基苯胺，溅到了嘴上，由于他是有毒的，所以做完实验后，我出现了头疼的症状。所以，在做科学实验时，一定要注意每个环节的同时，还要做好保护措施。通过这测的实验，令我收获颇丰的的还有一个就是，在实验过程中，不是做完了一步就完成任务了，还要不时的想想，是不是忘记了什么，或者哪个步骤可能出现了什么纹理。例如，有一次产率不高，药品的量加的都正常，结果问题就出现在，忘记了重结晶。最后，感谢老师和同学在整个实验过程中提供的帮助，使得这次试验较为圆满的完成。参考文献1 一步法合成甲基橙的实验改进 云南民族大学学报（自然科学版）第13卷第4期2004-10；2 高鸿宾.有机化学（第四版）高等教育出版社 503-504；3 甲基橙制备方法的改进 徐瑞风 贵阳医学院学报1989年02期4 甲基橙合成实验的改进 化学与粘合 2009年01期5 甲基橙合成实验的改进实验室研究与探索 2002年第03期6 曾昭琼有机化学实验第2版高等教育出版社，1987P589-594Preparation of methyl orangename：HanFeng GouLin（School of environmental &chemical engineering, Dalian University, 116600）Abstract： the methyl orange commonly used laboratory pH indicator, the traditional method of laboratory synthesis of methyl orange for two steps in low temperature, there is a difficult, time-consuming, labor control condition of the low yield. The traditional synthesis method of methyl orange first sulfanilic acid alkali into better water solubility salt, then the diazo reaction at low temperature and strong acidic environment, the prepared diazo salt in the acid environment with N, N- two methyl aniline coupling, alkali neutralization, heavy crystal