甲基橙的制备 (2)

甲基橙的制备 　　　 甲基橙的制备 　　　　　　　　 姓名：汤小辉 范玲霞 　　　　　　　大连大学环境与化学 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院化学111班 　　　　　　　　指导老师：杨光 摘要：对氨基苯磺酸在低温和不同的酸溶液中与亚硝酸钠经重氮化反应生成重氮盐，再与N,N-二甲基苯胺偶合制备甲基橙，探究不同类型的酸对甲基橙的产量的影响，并同时提出如何简单制备和在常温下制取甲基橙的建议。 关键词：对氨基苯磺酸；重氮化；N,N-二甲基苯胺；偶联反应； 1.前言：甲基橙，俗称金莲橙D；对二甲基氨基偶氮苯磺酸钠；4-{[4-(二甲氨基)苯]偶氮}苯磺酸钠盐。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。现今被广泛应用作酸碱指示剂，pH值变色范围3.1之前为红色，3.1-4.4为橙色，4.4以后为黄色测定多数强酸、强碱和水的碱度。 2.实验 2.1实验原理 a.低温制取甲基橙 反应式： b.常温制取甲基橙 甲基橙还可以由对氨基苯磺酸与冰乙酸经重氮化反应生成重氮盐，再与N，N-二甲基苯胺在弱酸性介质中偶合而得。偶合首先得到嫩红色的酸式甲基橙（酸性黄），加碱后转变为橙黄色的钠盐，即甲基橙。 2.2主要试剂及仪器 试剂：氢氧化钠溶液（5%，10%）、对氨基苯磺酸、亚硝酸钠、N，N-二甲基苯胺、淀粉-碘化钾试纸、冰醋酸，浓盐酸、磷酸、硫酸、乙醇。 仪器：烧杯（100ml，250ml）、玻璃棒、量筒（10ml，100ml）、胶头滴管、布氏漏斗、电磁炉、抽气泵、锥形瓶。 2.3合成方法 2.3.1合成路线 a.低温下制取甲基橙 由对氨基苯磺酸在低温下、盐酸（磷酸、硫酸）中加亚硝酸钠经重氮化反应制成重氮盐，然后再与与N，N二甲基苯胺偶合制成酸式甲基橙，然后在碱化得到粗产品甲基橙。后冷却结晶，过滤，重结晶，等一系列操作，可得到纯度较高的产品甲基橙。 b.由于低温下，对氨基苯磺酸与盐酸生成盐酸重氮盐，而盐酸重氮盐不太稳定，所以可以采用较稳定的醋酸重氮盐代替盐酸重氮盐，可由对氨基苯磺酸在常温下、冰乙酸中加亚硝酸钠经重氮化反应制成重氮盐，然后再与与N，N二甲基苯胺偶合制成酸式甲基橙，然后在碱化得到粗产品甲基橙。后冷却结晶，过滤，重结晶，等一系列操作，可得到纯度较高的产品甲基橙。 2.3.2合成步骤 a.低温下制取甲基橙 偶氮盐的制备 在100ml烧杯中放置10ml 10%氢氧化钠溶液及2.1g对氨基苯磺酸晶体，温热使之溶解。另溶0.8g亚硝酸钠于6ml水中，加入上述反应液中，用冰水浴冷至0-5℃，并在不断搅拌下，将3ml浓盐酸（3ml磷酸、2ml硫酸）与10ml冰水配制而成的溶液缓缓滴加到上述混合溶液中。滴加完后用淀粉-碘化钾试纸检验，反应温度始终控制在5℃以下，反应液由橙黄色变为肉粉色，沉淀为白色。然后在冰水浴中放置15min以使反应完全。 偶合 在10ml量筒内混合1.3mlN，N二甲基苯胺和1ml冰乙酸，在不断搅拌下，将此溶液慢慢滴加到上述冷却的重氮盐中，加完后，继续搅拌10min，反应物为棕红色。然后慢慢加入约为25ml 5%氢氧化钠溶液中，此时用PH试纸检验溶液是否呈碱性，粗制的甲基橙呈浆状沉淀析出，将反应物在沸水浴中加热5min使陈化，冷却至室温后，再在冰水浴中冷却，使甲基橙晶体析出完全。 抽滤收集结晶，依次使用水洗涤，乙醇洗涤得到橙色的小叶片状甲基橙结晶。 变色灵敏度检验 溶解少许甲基橙于水中，加几滴硫酸，然后再用氢氧化钠溶液中，观察颜色变化。 b.常温下制取甲基橙 1.偶氮盐的制备 于100ml烧杯中，放入2.1g对氨基苯磺酸晶体、0.8g亚硝酸钠和20ml水，搅拌使成清亮的橙红色溶液。将1ml冰乙酸在剧烈搅拌下迅速加入该溶液中。放置15min后有桔黄色晶体析出。用淀粉-碘化钾试纸检验。 偶合 在10ml量筒内混合1.3mlN，N二甲基苯胺和1ml冰乙酸，在不断搅拌下，将此溶液慢慢滴加到上述冷却的重氮盐中，加完后，继续搅拌10min，反应物为棕红色。然后慢慢加入约为25ml 5%氢氧化钠溶液中，此时用PH试纸检验溶液是否呈碱性，粗制的甲基橙呈浆状沉淀析出，将反应物在沸水浴中加热5min使陈化，冷却至室温后，再在冰水浴中冷却，使甲基橙晶体析出完全。 抽滤收集结晶，依次使用水洗涤，乙醇洗涤得到橙色的小叶片状甲基橙结晶。 变色灵敏度检验 溶解少许甲基橙于水中，加几滴硫酸，然后再用氢氧化钠溶液中，观察颜色变化。 实验注意事项： 1、对氨基苯磺酸钠为两性化合物，酸性强于碱性，它能与碱作用成盐而不能与酸作用盐。 低温制备甲基橙在重氮化过程中，应严格控制温度，反应温度若高于5℃，生成的重氮盐易水解为酚，降低产率。 亚硝酸钠过量，则过量的亚硝酸会氧化重氮盐，对下一步的偶合反应不利，所以过量的亚硝酸常加入尿素来消耗过量的硝酸，使用淀粉-碘化钾试纸检验时，若试纸不显蓝色，则补充亚硝酸钠溶液，直至恰好出现蓝色，停止滴加。但是实际过程中，必须保持亚硝酸钠过量，否则会引起自我偶合反应。 偶合过后，碱化时，氢氧化钠应少量多次加入，当溶液变为橙色就可停止加入。 使用乙醇洗涤的目的是警惕迅速干燥。因为湿的甲基橙在空气中受光照后颜色容易变深。 2.3.2实验装置图 结果与讨论 3.1实验方法对产率的影响 表1 不同酸与对氨基苯磺酸重氮化的参数 与对氨基苯磺酸作用的酸 用量（ml） 产量（g） 产率 HCl 3 2.8 85.5% H3PO4 3 2.5 76.37% H2SO4 2 3.0 91.65% HOAc 3 2.3 70.26% 本试验通过0.012mol对氨基苯磺酸与酸重氮化，再与0.01molN，N-二甲基苯胺偶合反应得到甲基橙，其理论产量为3.2733g由表一可知HCl、H3PO4、H2SO4、HOAc均可以和对氨基苯磺酸重氮化，最终与N,N-二甲基苯胺偶合制备甲基橙，其中硫酸的作用效果最强，甲基橙的产量3.0g，产率是最高为91.65%，其次就是盐酸，甲基橙的产量2.8g，产率85.5%，而作用效果最不明显的是HOAc，甲基橙的产量2.3g，产率为70.26%。 结论 通过本次利用不同类型的酸和亚硝酸钠与对氨基苯磺酸，经重氮化反应生成重氮盐，再与N,N-二甲基苯胺偶合制备甲基橙，我们知道硫酸的作用效果是最强的，产量最高。由下反应式可知，一分子的对氨基苯磺酸重氮化需要消耗两分子的酸，而硫酸属于二元强酸，硫酸的过量使得重氮化反应完全，使得最终甲基橙的产量是最高的，同理可知由于冰乙酸属于弱酸，在水中不完全电离，使得重氮化反应不充分，致使产量最低。然而使用冰乙酸和对氨基苯磺酸在常温下制备甲基橙不失为一种好的办法。 常温制备甲基橙的优点： 操作简单。由于亚硝酸钠是强碱弱酸盐，在水中水解使溶液呈碱性，对氨基苯磺酸可以直接溶解在亚硝酸钠溶液中，省去了在加热条件下将对氨基苯磺酸溶解在NaOH溶液中的步骤。而且常温操作要省去很多在冰水浴中搅拌的步骤。 产物稳定。在盐酸、硫酸、磷酸条件下制备的重氮盐一般不稳定，即使在低温下也会分解。而由醋酸制备的对氨基重氮盐比较稳定，常温制备的重氮盐也比较稳定，有利于下一步偶联反应的进行。 节省资源。在低温下制备甲基橙时，由于对氨基苯磺酸在酸性和碱性中溶解度很小，只能采取先碱化、再酸化、再碱化的步骤来制取甲基橙，而常温制备甲基橙只需在偶联反应之后碱化就可以，节省很多药品。 个人体会及建议 历时六个星期的研究型实验到今天拉下帷幕了，而通过本次实验给我带来的绝不仅仅是实验技能的提高。 选课题的时候，我们队选择了比较熟悉的甲基橙制备的实验，开始做实验的时候，我们也才发现这个课题也是一个比较简单的实验。我们不像其他同学一样，没有太多的实验仪器，不需要简单的蒸馏等操作，一个烧杯就是我们的主要仪器，然而就是这么一个简单的实验让我收获颇丰。 第一次实验，我们的实验目的很简单，只要了解甲基橙制备的反应原理，熟悉一些简单的操作，制备出甲基橙。第一次实验，由于准备工作不够完全，在重氮化反应完后，检测亚硝酸钠是否完全，由于判断错误，导致尿素的用量过多，和N,N-二甲基苯胺偶合过后，使用的碱量过少，使得最后重结晶时，有部分的尿素也析出来了，使得产物的颜色和甲基橙的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 颜色不一致，最后导致实验以失败告终。最后通过查阅 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 可知，若淀粉碘化钾试纸不显色，则需补充亚硝酸钠溶液。当溶液刚刚显色的时候就停止加入年俗了，但实际操作中亚硝酸钠过量，可不需要检验。 吸取了第一次的教训之后，在后来的几次实验就比较得心应手，知道了哪里容易出错的地方，就尽力避免错误点，通过课外了解到了，淀粉-碘化钾试纸检验的目的是什么，也知道如何检验亚硝酸钠过量的方法，通过在偶合反应之后用PH试纸检验溶液的酸碱性，判断碱式甲基橙是否生成，种种操作使得第二次实验成功的制备出甲基橙，通过测量产量，发现实际产量大于理论值，通过分析，若对氨基苯磺酸并没有反应完全，反而导致产量会比理论值更低，我们知道甲基橙并没有干燥完全，所以我们决定让甲基橙干燥一段时间后再称量甲基橙的质量。最后我们通过后来的几次实验，成功地制备出甲基橙，并测出了甲基橙的质量。 通过本次研究型实验，使得自己明白做任何实验都要好好预习，了解反应机理并知道关于实验中物质的物理常数。而且遇到问题时，需学会独立自主分析产生问题的缘由，并通过分析提出解决方法，就像本次甲基橙制备实验一样，通过分析，我们知道了甲基橙的含水量太大，所以可以让甲基橙干燥一段时间，再继续称量产量。在这次试验当中更提升了自己的实验技能。提升了自己独立自主解决和处理问题的能力。 个人建议： 在本次试验当中，我们采用了常温下制取甲基橙的方法，此方法有一定的创新，省去了外加碱，降低反应成本，操作时便于控制反应温度，简化了反映步骤，不失为一种制备甲基橙的好办法。因为醋酸的酸性比亚硝酸弱，所以醋酸重氮盐形成速度较慢，因此应增加搅拌时间，让反应充分。但是醋酸重氮盐水溶解度小较稳定，因此可用常温下制备甲基橙。 偶合反应后，可用PH试纸检测溶液的酸碱度来决定氢氧化钠的用量，若反应物中含有未作用的N，N-二甲基苯胺醋酸盐，在加入氢氧化钠后，容易产生难溶于水的N，N-二甲基苯胺析出，影响产品的纯度。此外通过红外光谱也可鉴定甲基橙。 由上式反应式可知一分子对氨基苯磺酸需消耗两分子的酸，然而在我们实际操作中。为了防止对氨基苯磺酸的耦合，我们可以让酸过量一些。 （由于实验数据过少，导致实验结论可能存在部分偏差，应采取多次实验比较，方可得出最佳结论）。 化学111 汤小辉 在点滴中进步 化学，一门深奥与魅力并存，天然与人为尽括，既能给人们带来福音也会带来危害的学科，它联系着生活的方方面面。而我，一个化学专业的大学生，学习有关化学的方方面面是我们每天都要做的事情，而其中必不可少的锻炼便是化学实验。几乎每一学期我们都有化学实验，但是那些基本上都是 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 上的实验，我们无需自己动脑思索与探讨，做的仅仅只是按照书上写的那样去操作，因此实验做了很多，但是收获却是微乎其微。然而，本次“甲基橙的制备”实验却不一样，它是我第一次和队友合作，通过我们互相的搜集资料、探讨、思考、操作。改进等等一步步完成的，因此我获益匪浅。 “甲基橙的制备”这个实验虽然不是很难，但是要求却一点也不低，它不仅要求酸碱的用量更要对温度进行有效的控制。在第一次做这个实验时，虽然我已经做了很充分的准备，收集的资料里也包含了所有即将用到的药品与仪器，但是当正真去亲手操作时，才明白理论与实践的差距原来这么的大。甲基橙要在低温下进行实验，所以我们必须将小的烧杯放在装有冰块的大烧杯里，边搅拌边滴加其他药品，这就要求我们双手并用，然而我的双手并不是那么的协调，因此左手往往将药品滴加在外面，尤其是在滴加N，N-二甲基苯胺的时候，它的用量本来就少，这样滴在外面直接导致了产物的减少和药品的浪费，而且它还有剧毒，无论是滴在手上还是吸入嘴里，对我们的危害性都很大。因此前几次实验下来，产率很不理想，而且还手忙脚乱，手上往往都是黄色的甲基橙，洗又洗不掉。在这个实验中所用的NaOH碱溶液要自己配制，精确度并不是很高，因此虽然是按照比例添加但还是出现了实验失败的情况，有一次用硫酸制备甲基橙的时候，由于所加的碱不恰当，直接导致的结果就是产物不是橙黄色而是紫色、棕黄色更甚者有一次竟然快成了墨绿色。那几次实验虽然失败了，但是事后我们进行了分析和探究，拿产物进行了实验分析，最终我们找出了失败的原因，那就是本来甲基橙应该是碱性的，但是由于我们在实验中配制的碱并不是合格，做实验的时候加的量如果少了，那甲基橙的颜色就变了，最终我们提出的解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 就是在进行完偶联反应之后再加碱后，我们应该用PH试纸进行检验，必须保证浑浊液是碱性才进行下一步的实验。在实验中我们还遇到一些困扰我们很久的问题就是，在前几周的实验中，我们实验得到的甲基橙比理论值3.2733g要高，我们队课后分析了很久也没得出造成这个结果的原因，只能认为我们的实验有一次失败了，但是在一次的意外中这个问题被解决了，在几个星期之后我把包装好的产物那出来称了一下，产物竟然少了很多，通过咨询老师我们最终明白在刚抽滤完的甲基橙产物中，水的含量占到了40%以上，放置几个星期之后甲基橙被干燥了，产物自然就少了，我们欣喜若狂，原来我们的实验是成功的。之后的几周内我们又探讨了怎样在常温下制备甲基橙，虽然产率不是很高，但是也算得上成功。 历时几周的实验马上就接近尾声了，真有点怀念那时的茫然与不知所措，也深刻的感悟到经历过失败与成功之后的大喜大悲，通过这次实验，我想我收获的不仅仅是在化学实验方面技能的提高，更是让我明白以后应该怎样去独立思考问题和团队的合作精神。 个人意见： １.由于甲基橙的制备对酸碱性的要求比较高，而且比较灵敏，因此在实验方法上应该多使用几次PH试纸，并且应该研究在偶联反应完毕加碱之后，此时溶液的PH在什么范围之内最有利于产物的生成。 ２.低温制备甲基橙对温度控制的要求比较高，因此常温制备甲基橙应该是一种不错的实验方法。 ３．由于亚硝酸钠在水中水解使溶液显碱性，因此对氨基苯磺酸在亚硝酸钠溶液中即可溶解，无需将其加热溶解在NaOH溶液中，这样较之操作比较简单，因此以后的实验中可以尝试直接进行反应的操作。 化学111 范玲霞 参考文献 张建丽，闻质红 常温合成甲基橙的新探索 中原工学院，2010年4月 徐瑞风 甲基橙制备方法的改进 贵阳医学院学报，1989，14（2）：153-154 索福喜 关于甲基橙制备实验的两点意见【J】 大学化学 1994，9(3):35-36 盛野 王海晶 吕蕾 甲基橙制备实验教学的探索与实践 广州化工 2013,41(4)