甲基橙的制备 (2)

1、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NaOHNaNO2、H”05CH3C3 NH3cHOAcNaOH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。H3,CH3HOAcNaNO2Na

2、OH2.2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，然可得到纯度较高的产品甲基橙。竺一系列操作,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，HO3SNH2NaOHNaOgSNH2NaNO、05CHb.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。+NaNO?HOAc 3-SO3HHCCH3

3、NaOH3OAcSOgNa2.3.2合成步骤a. 低温下制取甲基橙1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0-5C，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5C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。2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。3. 变色灵敏度检验溶解少许甲基橙于水中，加几滴硫酸，

4、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。2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。4. 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。2、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5C,生成的重氮盐易水解

5、 为酚，降低产率。3、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。4、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。5、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3. 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里（ml）产量（g）产率HCl32.885.5%H3P0432.576.37%H2SO423.091.65%HOAc32.370.26%不同酸作用甲基橙的产量本试验通过0.012mol对氨基苯磺酸与酸重氮化，再与O.OlmolN, 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、H3P04、H2S04、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

6、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%。4. 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。+ NaNO2 + 2HC1(1) NaOH+ NaCl + 2H2Onh2n2 Cl常温制备甲基橙的优点：1）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。2）产物稳定。在盐酸、硫酸

7、、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。3）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。5.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 实验技能的提咼。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

8、素也析出来了，使得产物的颜色和甲基橙的 标准颜色不一致，最后导致实验以失败告终。最后通过查阅资料可知，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

9、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。nh2+ NaNO2+ 2HCINaOH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

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