論文《甲基橙的制備》

1、 甲基橙的制備長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院文獻(xiàn)檢索與利用大作業(yè)系 部： 化 工 系 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 班 級(jí)： 化 工 61101 班級(jí)序號(hào)： 27 學(xué)生姓名： 羅 磊 甲 基 橙 的 制 備 學(xué) 生：羅 磊，化學(xué)工程系 指導(dǎo)教師：蘇鐵軍，長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院摘 要： 甲基橙，亦稱作“金蓮-D”，化學(xué)名為“對(duì)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(cè)定氯、溴和溴離子，可與靛藍(lán)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(jià)砷或銻。甲基橙的傳統(tǒng)合成方法先將對(duì)氨基苯磺酸堿化成水溶性較好的鹽,然后在低溫強(qiáng)酸性環(huán)境

2、中發(fā)生重氮化反應(yīng),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(jié)晶制得。然后本次實(shí)驗(yàn)有兩個(gè)方面的考慮，其一，我們?cè)诖嘶A(chǔ)上主要研究將濃鹽酸換成硫酸和磷酸以此看各種酸對(duì)產(chǎn)率的影響；其二，由于傳統(tǒng)合成方法在重氮化時(shí),忽略對(duì)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(shí)驗(yàn)時(shí)間，降低合成過程中藥品的消耗，同時(shí)提高產(chǎn)率。 關(guān)鍵字：甲基橙 重氮化 偶合反應(yīng) 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(jì)50年代后，滴定分析法中采用了人工染料指示劑，1875年，德國(guó)人G.隆格合成了甲基橙。甲基橙為小分子有機(jī)化合物，橙黃色粉末或結(jié)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(shí)驗(yàn)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(cè)定多數(shù)礦酸、強(qiáng)堿和水的堿度等其他用途，所以對(duì)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(duì)氨基苯磺酸堿化成水溶性較好的鹽，然后在低溫強(qiáng)酸性環(huán)境中發(fā)生重氮化反應(yīng)，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(jié)晶制得。所需的條件是低溫，因?yàn)椴僮鬟^程中要防止重氮鹽的分解。在偶聯(lián)反應(yīng)步驟，反應(yīng)體系的反應(yīng)物用量是導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗的原因；在偶合反應(yīng)過程中，反應(yīng)體系過強(qiáng)是導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗的關(guān)鍵，因此，本次試驗(yàn)討論亞硝酸鈉對(duì)甲基橙制備過程中有何影響。為此在偶聯(lián)反應(yīng)步驟分別加入不同量的亞硝酸鈉進(jìn)行調(diào)節(jié)，取得了理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。此外再次驗(yàn)證了亞硝酸鈉用量對(duì)產(chǎn)率的影響。傳統(tǒng)合成方法在重氮化時(shí)，埋沒了對(duì)氨基苯磺酸。本實(shí)驗(yàn)討論亞硝酸鈉量不同，對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。我們通過不同實(shí)驗(yàn)操作過程和對(duì)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)2.1實(shí)驗(yàn)儀器和藥品 2

9、.1.1實(shí)驗(yàn)儀器：燒杯（50ml、100ml），玻璃棒，溫度計(jì)（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(duì)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(shí)驗(yàn)原理：2.2.1 傳統(tǒng)法：芳香族伯胺在酸性介質(zhì)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(duì)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(yīng)表達(dá)式如下：112.2.2：改良法一：利用對(duì)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(duì)氨基苯磺酸的酸性，將亞硝酸鈉轉(zhuǎn)化為亞硝酸，同時(shí)補(bǔ)加適量的醋酸，補(bǔ)充體系中因轉(zhuǎn)化亞硝酸鈉為亞硝酸時(shí)酸性的不足，并營(yíng)造出適當(dāng)?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(yīng)的胺生成重氮氨基化合物，由于對(duì)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(yīng)右移。反應(yīng)表達(dá)式： 2.2.3：改良法二： 利用對(duì)氨基苯磺酸本身的酸性和亞硝酸鈉反應(yīng)，生成對(duì)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(jìn)行親電取代，生成甲基橙。反應(yīng)表達(dá)式：甲基橙的制備物質(zhì)熔點(diǎn)/沸點(diǎn)/密度/g/cm3溶解度分子量/g/mol水乙醇對(duì)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(shí)驗(yàn)所需藥品的物理常數(shù)2.3 實(shí)驗(yàn)過程：2.3.1 傳統(tǒng)法： 對(duì)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(duì)氨基苯磺酸晶體和10ml 5氫氧化鈉溶液（0.012mol），溫?zé)崾菇Y(jié)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(zhì)量分?jǐn)?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(cè)呈現(xiàn)藍(lán)色為止，繼續(xù)在冰鹽浴中放置15min，使反應(yīng)完全，這時(shí)往往會(huì)有白色細(xì)小晶體析出。 偶合反應(yīng)：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(shí)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(yīng)物變?yōu)槌壬ㄗⅲ喝绻麤]有變?yōu)槌壬?，由于酸過量，應(yīng)再加入氫氧化鈉中和至橙色），甲基橙粗品呈細(xì)粒狀沉淀析出。將反應(yīng)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(jié)晶：粗產(chǎn)品用1g產(chǎn)品25ml水進(jìn)行重結(jié)晶。待結(jié)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(jié)晶。 檢驗(yàn)：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(shí)驗(yàn)流程如下：重氮鹽對(duì)氨基苯磺酸NaOH溫?zé)?，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(jié)晶冷卻，過濾2.3.2 改良法1： 在100ml燒杯中將2.1g(0.012mol)對(duì)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?jǐn)嚢璧耐瑫r(shí)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(shí)倒入，攪拌反應(yīng)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(jié)晶：粗產(chǎn)品用1g產(chǎn)品25ml水進(jìn)行重結(jié)晶。待結(jié)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(jié)晶。 檢驗(yàn)：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(shí)驗(yàn)流程如下：對(duì)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?zé)崾蛊淙芙?攪拌甲基橙甲基橙粗產(chǎn)物加入氫氧化鈉重結(jié)晶冷卻，過濾2.3.3 改良法2： 在100ml燒杯中加入2.1g(0.012mol)對(duì)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(yīng)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(jié)晶：粗產(chǎn)品用1g產(chǎn)品25ml水進(jìn)行重結(jié)晶。待結(jié)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(jié)晶。檢驗(yàn)：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(shí)驗(yàn)流程如下：加入N,N-二甲基苯胺對(duì)氨基苯磺酸亞硝酸鈉和水?dāng)嚢枋蛊淙芙膺叺渭舆厰嚢杓谆却之a(chǎn)物加入氫氧化鈉重結(jié)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(chǔ)上在制備對(duì)氨基苯磺酸重氮鹽中將3ml濃鹽酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)：38%，密度：1.

17、179g/ml）（0.036mol）依次為1ml硫酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)：98%，密度：1.84g/ml）和0.8ml磷酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)：85%，密度：1.685g/ml），然后重復(fù)2.3.1的操作。最后稱量產(chǎn)物，得到產(chǎn)率。2.3.5實(shí)驗(yàn)裝置圖：3 結(jié)果與討論3.1實(shí)驗(yàn)方法對(duì)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(yīng)時(shí)間3小時(shí)1.5小時(shí)1小時(shí)對(duì)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(xiàng)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(shí)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(duì)重氮化的影響：實(shí)驗(yàn)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(duì)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(shí)驗(yàn)可以濃鹽酸的效果相比較其他兩種酸的產(chǎn)率都高。4 結(jié)論經(jīng)過幾組實(shí)驗(yàn)的比較，先是甲基橙傳統(tǒng)法中對(duì)其中無機(jī)酸的改變對(duì)產(chǎn)率的影響，可以看出其中濃鹽酸對(duì)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(duì)氨基苯磺酸本身的酸性來進(jìn)行重氮化，省去外加酸的操作，減少原料的浪費(fèi)；且溫度上也不必要低溫，省去能源的消耗；簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)步驟，節(jié)省了時(shí)間，而且產(chǎn)率也有所提高。5 個(gè)人體會(huì)及建議這是第一次完成一個(gè)研究性實(shí)驗(yàn)，之前在做題的時(shí)候做過類似探究性實(shí)驗(yàn)，知道一般的步驟，可是真到自己做的時(shí)候卻有些手忙腳亂。首先一定要制定好計(jì)劃，想