論文《甲基橙的制備》

1、 甲基橙的制備長江大學工程技術學院文獻檢索與利用大作業(yè)系 部： 化 工 系 專 業(yè)： 化學工程與工藝 班 級： 化 工 61101 班級序號： 27 學生姓名： 羅 磊 甲 基 橙 的 制 備 學 生：羅 磊，化學工程系 指導教師：蘇鐵軍，長江大學工程技術學院摘 要： 甲基橙，亦稱作“金蓮-D”，化學名為“對二甲氨基偶氮苯磺酸鈉”。0.1的甲基橙水溶液是常用的酸堿指示劑；分光光度法測定氯、溴和溴離子，可與靛藍二磺酸鈉或溴甲酚綠組成混合指示劑，以縮短變色域和提高變色的銳靈性；氧化還原指示劑，如用于溴酸鉀滴定三價砷或銻。甲基橙的傳統(tǒng)合成方法先將對氨基苯磺酸堿化成水溶性較好的鹽,然后在低溫強酸性環(huán)境

2、中發(fā)生重氮化反應,制得的重氮鹽于醋酸環(huán)境中與N,N-二甲基苯胺偶聯(lián)、堿中和、重結晶制得。然后本次實驗有兩個方面的考慮，其一，我們在此基礎上主要研究將濃鹽酸換成硫酸和磷酸以此看各種酸對產(chǎn)率的影響；其二，由于傳統(tǒng)合成方法在重氮化時,忽略對氨基苯磺酸本身的酸性在重氮化中的作用，所以我們探究一種在常溫下合成甲基橙，以此來突破低溫，縮短實驗時間，降低合成過程中藥品的消耗，同時提高產(chǎn)率。 關鍵字：甲基橙 重氮化 偶合反應 常溫 The Preparation Of Methyl Orange Student： Luo Lei, Department of chemical engineeringInstr

3、uctor： 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 traditiona

4、l 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 crystalli

5、zation. 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, ignori

6、ng 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 r

7、eaction normal temperature1 前言19世紀50年代后，滴定分析法中采用了人工染料指示劑，1875年，德國人G.隆格合成了甲基橙。甲基橙為小分子有機化合物，橙黃色粉末或結晶狀鱗片，微溶于水，較易溶于熱水，不溶于乙醇，顯堿性，有毒。它是實驗室常用的酸堿指示劑（0.1%的水溶液），pH的變色范圍為3.1（紅色）-4.4（黃色）。其用途非常廣泛，可作為生物染色，生化研究，測定多數(shù)礦酸、強堿和水的堿度等其他用途，所以對于甲基橙的制備是很有意義的。甲基橙的傳統(tǒng)合成方法是“逆加法”，即先將對氨基苯磺酸堿化成水溶性較好的鹽，然后在低溫強酸性環(huán)境中發(fā)生重氮化反應，制得的重氮鹽于醋酸環(huán)境

8、中與N,N-二甲基苯胺偶聯(lián)、堿化中和、重結晶制得。所需的條件是低溫，因為操作過程中要防止重氮鹽的分解。在偶聯(lián)反應步驟，反應體系的反應物用量是導致實驗失敗的原因；在偶合反應過程中，反應體系過強是導致實驗失敗的關鍵，因此，本次試驗討論亞硝酸鈉對甲基橙制備過程中有何影響。為此在偶聯(lián)反應步驟分別加入不同量的亞硝酸鈉進行調(diào)節(jié)，取得了理想的實驗結果。此外再次驗證了亞硝酸鈉用量對產(chǎn)率的影響。傳統(tǒng)合成方法在重氮化時，埋沒了對氨基苯磺酸。本實驗討論亞硝酸鈉量不同，對實驗的影響。我們通過不同實驗操作過程和對實驗中某些藥品的替換，來探索提高甲基橙的產(chǎn)率，最終確定甲基橙的最佳制備方法。2 實驗2.1實驗儀器和藥品 2

9、.1.1實驗儀器：燒杯（50ml、100ml），玻璃棒，溫度計（200），膠頭滴管，布氏漏斗，吸濾瓶，DF-101C型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，SHZ-D（）循環(huán)水式真空泵，濾紙，天平，量筒（50ml、10ml），試管。2.1.2藥品：對氨基苯磺酸， N，N-二甲基苯胺，氫氧化鈉（10%），亞硝酸鈉，冰醋酸，濃鹽酸（38%），硫酸（98%），磷酸（85%），乙醇，淀粉碘化鉀試紙，PH試紙。2.2實驗原理：2.2.1 傳統(tǒng)法：芳香族伯胺在酸性介質中和亞硝酸鈉作用下生成重氮鹽，重氮鹽與芳香叔胺偶聯(lián)，生成偶氮染料。 將對氨基苯磺酸與氫氧化鈉作用生成易溶于水的鹽，再與重氮化，然后再與N,N二甲基苯胺偶

10、聯(lián)得到粗產(chǎn)品甲基橙。反應表達式如下：112.2.2：改良法一：利用對氨基苯磺酸本身的酸性，直接加入堿N，N-二甲基苯胺，使成鹽為可溶物，利用體系中對氨基苯磺酸的酸性，將亞硝酸鈉轉化為亞硝酸，同時補加適量的醋酸，補充體系中因轉化亞硝酸鈉為亞硝酸時酸性的不足，并營造出適當?shù)乃嵝原h(huán)境有利于重氮鹽和N，N-二甲基苯胺的偶合，避免為未反應的胺生成重氮氨基化合物，由于對氨基苯磺酸的重氮化要消耗亞硝酸故可使生成亞硝酸的反應右移。反應表達式： 2.2.3：改良法二： 利用對氨基苯磺酸本身的酸性和亞硝酸鈉反應，生成對氨基苯磺酸鈉和亞硝酸，由于亞硝酸不穩(wěn)定，需要向在里面加鹽酸，在此條件下，加入N，N-二甲基苯胺，

11、生成的重氮離子與其進行親電取代，生成甲基橙。反應表達式：甲基橙的制備物質熔點/沸點/密度/g/cm3溶解度分子量/g/mol水乙醇對氨基苯磺酸鈉2881.485微溶不溶173.19亞硝酸鈉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濃鹽酸-114.8108.61.179易36.47濃硫酸3381.84易98.08磷酸42.35 1581.685易98.0乙醇-11478.30.789446.07表1 實驗所需藥品的物理常數(shù)2.3 實驗過程：2.3.1 傳統(tǒng)法： 對氨基苯磺酸重氮鹽的制備：在100m

12、l燒杯中、加入2.1g(0.012mol)對氨基苯磺酸晶體和10ml 5氫氧化鈉溶液（0.012mol），溫熱使結晶溶解，冷至室溫以下。加0.8g亞硝酸鈉。在攪拌下，將此混合液慢慢用滴管分批滴入3ml濃鹽酸（質量分數(shù)：38%，密度：1.179g/ml）（0.036mol）和10ml水配成的溶液，維持溫度05以下，直至用淀粉碘化鉀試紙檢測呈現(xiàn)藍色為止，繼續(xù)在冰鹽浴中放置15min，使反應完全，這時往往會有白色細小晶體析出。 偶合反應：在另一試管中加入1.3ml （0.01mol）N,N-二甲基苯胺和1ml 冰醋酸，并混勻。在攪拌下將此混合液緩慢加到上述冷卻的重氮鹽溶液中，加完后繼續(xù)攪拌10min

13、。此時有紅色的酸性黃沉淀，緩緩加入約15ml 10%氫氧化鈉溶液，直至反應物變?yōu)槌壬ㄗⅲ喝绻麤]有變?yōu)槌壬?，由于酸過量，應再加入氫氧化鈉中和至橙色），甲基橙粗品呈細粒狀沉淀析出。將反應物加熱沸騰，使甲基橙完全溶解，冷卻，待晶體完全析出后，抽濾，干燥，得粗產(chǎn)品4.6g； 重結晶：粗產(chǎn)品用1g產(chǎn)品25ml水進行重結晶。待結晶析出完全，抽濾，依次用少量水、乙醇洗滌，壓緊抽干，得片狀結晶。 檢驗：溶于少許甲基橙于水中，加幾滴稀鹽酸，接著用氫氧化鈉中和，觀察顏色變化。（黃色-紅色-黃色）實驗流程如下：重氮鹽對氨基苯磺酸NaOH溫熱，溶解緩緩的加入濃鹽酸N，N-二甲基苯胺加入亞硝酸鈉，放入冰水浴中和冰醋酸

14、的混合物甲基橙甲基橙粗產(chǎn)物偶聯(lián)產(chǎn)物加入氫氧化鈉重結晶冷卻，過濾2.3.2 改良法1： 在100ml燒杯中將2.1g(0.012mol)對氨基苯磺酸和1.3ml（0.01mol）N,N-二甲基苯胺，混合均勻，然后在加入20ml水，充分攪拌的同時溫水浴加熱使其溶解，冷卻至室溫后，在冰水浴中冷至10一下，保持此溫度，加入適量的的冰醋酸，迅速攪勻，并將0.8g亞硝酸鈉和4ml水配成的溶液倒入燒杯內(nèi)，刷洗3到4ml水也同時倒入，攪拌反應10到20分鐘，逐滴加入氫氧化鈉溶液，調(diào)pH為堿性。在沸水浴中加熱使其溶解，然后冷卻至晶體完全析出，抽濾。 重結晶：粗產(chǎn)品用1g產(chǎn)品25ml水進行重結晶。待結晶析出完全，

15、抽濾，依次用少量水、乙醇洗滌，壓緊抽干，得片狀結晶。 檢驗：溶于少許甲基橙于水中，加幾滴稀鹽酸，接著用氫氧化鈉中和，觀察顏色變化。（黃色-紅色-黃色）實驗流程如下：對氨基苯磺酸N，N-二甲基苯胺加入亞硝酸鈉配成的水溶液加入20ml水 冷卻，加入冰醋酸， 溫熱使其溶解 攪拌甲基橙甲基橙粗產(chǎn)物加入氫氧化鈉重結晶冷卻，過濾2.3.3 改良法2： 在100ml燒杯中加入2.1g(0.012mol)對氨基苯磺酸鈉，0.8g亞硝酸鈉和30ml水，攪拌至固體完全溶解，加入1ml濃鹽酸，攪拌。量取1.3ml（0.01mol）N，N-二甲基苯胺，并用兩倍體積的乙醇洗滌后一并加入滴液漏斗中，邊攪拌邊滴加，滴加完畢

16、后，繼續(xù)發(fā)生反應20分鐘。滴加3ml 1mol/L氫氧化鈉溶液，攪拌2到3分鐘，將混合液水浴加熱溶解，靜置冷卻，待生成晶體后，抽濾得粗產(chǎn)品。重結晶：粗產(chǎn)品用1g產(chǎn)品25ml水進行重結晶。待結晶析出完全，抽濾，依次用少量水、乙醇洗滌，壓緊抽干，得片狀結晶。檢驗：溶于少許甲基橙于水中，加幾滴稀鹽酸，接著用氫氧化鈉中和，觀察顏色變化。（黃色-紅色-黃色）實驗流程如下：加入N,N-二甲基苯胺對氨基苯磺酸亞硝酸鈉和水攪拌使其溶解邊滴加邊攪拌甲基橙粗產(chǎn)物加入氫氧化鈉重結晶冷卻，過濾2.3.4 傳統(tǒng)法將鹽酸換為其他種類的酸在傳統(tǒng)法的基礎上在制備對氨基苯磺酸重氮鹽中將3ml濃鹽酸（質量分數(shù)：38%，密度：1.

17、179g/ml）（0.036mol）依次為1ml硫酸（質量分數(shù)：98%，密度：1.84g/ml）和0.8ml磷酸（質量分數(shù)：85%，密度：1.685g/ml），然后重復2.3.1的操作。最后稱量產(chǎn)物，得到產(chǎn)率。2.3.5實驗裝置圖：3 結果與討論3.1實驗方法對產(chǎn)率的影響表2 三種制備甲基橙方法的比較方法傳統(tǒng)法改良法1改良法2溫度05室溫室溫反應時間3小時1.5小時1小時對氨基苯磺酸2.1g2.1g2.1gN,N-二甲基苯胺1.3ml1.3ml1.3ml亞硝酸鈉0.8g0.8g0.8g鹽酸3ml無1ml氫氧化鈉35ml10ml5ml產(chǎn)量2.5g2.8g2.6g表3 三種制備甲基橙方法得到的產(chǎn)率

18、由表2的各項數(shù)據(jù)和表3的產(chǎn)率比較可以知道相比較與傳統(tǒng)法，兩種改良法都明顯的縮短了時間，而且降低藥品的消耗，最重要的是產(chǎn)率也有了明顯的提高。3.2比較傳統(tǒng)法下各種酸對重氮化的影響：實驗過程：同傳統(tǒng)法（注：酸的種類有所變化）表4 不同種類酸的用量及對產(chǎn)率的影響酸濃鹽酸硫酸磷酸用量3ml1ml0.8ml產(chǎn)率2.5g2.3g2.4g由表4可以得到經(jīng)過實驗可以濃鹽酸的效果相比較其他兩種酸的產(chǎn)率都高。4 結論經(jīng)過幾組實驗的比較，先是甲基橙傳統(tǒng)法中對其中無機酸的改變對產(chǎn)率的影響，可以看出其中濃鹽酸對產(chǎn)率的影響較大；然后再是常溫下和傳統(tǒng)低溫的比較，常溫下利用對氨基苯磺酸本身的酸性來進行重氮化，省去外加酸的操作，減少原料的浪費；且溫度上也不必要低溫，省去能源的消耗；簡化了實驗步驟，節(jié)省了時間，而且產(chǎn)率也有所提高。5 個人體會及建議這是第一次完成一個研究性實驗，之前在做題的時候做過類似探究性實驗，知道一般的步驟，可是真到自己做的時候卻有些手忙腳亂。首先一定要制定好計劃，想