论文《甲基橙的制备》.doc

甲基橙的制备长江大学工程技术学院文献检索与利用大作业系 部： 化 工 系 专 业： 化学工程与工艺 班 级： 化 工 61101 班级序号： 27 学生姓名： 罗 磊 甲 基 橙 的 制 备 学 生：罗 磊，化学工程系 指导教师：苏铁军，长江大学工程技术学院摘 要： 甲基橙，亦称作“金莲-D”，化学名为“对二甲氨基偶氮苯磺酸钠”。0.1的甲基橙水溶液是常用的酸碱指示剂；分光光度法测定氯、溴和溴离子，可与靛蓝二磺酸钠或溴甲酚绿组成混合指示剂，以缩短变色域和提高变色的锐灵性；氧化还原指示剂，如用于溴酸钾滴定三价砷或锑。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 The Preparation Of Methyl Orange Student： Luo Lei, Department of chemical engineeringInstructor： Su Tie-jun, The Yangtze UniversityAbstract： 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 crystallization. Then the experiment has two aspects to consider, first, we on the basis of this research will be concentrated hydrochloric acid in sulfuric acid and phosphoric acid to see the effect of various acid on the yield of; second, because of the traditional synthetic method in diazotization, ignoring the role of p-Aminobenzene Sulfonic Acid in the diazotization of, so we explore a synthesis of methyl orange under room temperature, in order to break temperature, shorten the test time, reduce drug synthesis process of consumption, and improve the yield. Key words： methyl orange diazo coupling reaction normal temperature1 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。甲基橙为小分子有机化合物，橙黄色粉末或结晶状鳞片，微溶于水，较易溶于热水，不溶于乙醇，显碱性，有毒。它是实验室常用的酸碱指示剂（0.1%的水溶液），pH的变色范围为3.1（红色）-4.4（黄色）。其用途非常广泛，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。甲基橙的传统合成方法是“逆加法”，即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、碱化中和、重结晶制得。所需的条件是低温，因为操作过程中要防止重氮盐的分解。在偶联反应步骤，反应体系的反应物用量是导致实验失败的原因；在偶合反应过程中，反应体系过强是导致实验失败的关键，因此，本次试验讨论亚硝酸钠对甲基橙制备过程中有何影响。为此在偶联反应步骤分别加入不同量的亚硝酸钠进行调节，取得了理想的实验结果。此外再次验证了亚硝酸钠用量对产率的影响。传统合成方法在重氮化时，埋没了对氨基苯磺酸。本实验讨论亚硝酸钠量不同，对实验的影响。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，冰醋酸，浓盐酸（38%），硫酸（98%），磷酸（85%），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：112.2.2：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：甲基橙的制备物质熔点/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-11478.30.789446.07表1 实验所需药品的物理常数2.3 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：对氨基苯磺酸N，N-二甲基苯胺加入亚硝酸钠配成的水溶液加入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。2.3.5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