甲基橙的制备

甲基橙的制备一．实验目的1.通过甲基橙的制备学习重氮化反应和偶合反应的实验操作；2.巩固盐析和重结晶的原理和操作。二．实验原理甲基橙是一种指示剂，它是由对氨基苯磺酸重氮盐与N,N-二甲基苯胺的醋酸盐，在弱酸性介质中偶合得到的。偶合首先得到的是嫩红色的酸式甲基橙，称为酸性黄，在碱中酸性黄转变为橙色的钠盐，即甲基橙。三．实验主要仪器及试剂仪器：烧杯，布氏漏斗，吸滤瓶，干燥表面皿，滤纸，KI-淀粉试纸。试剂：对氨基苯磺酸2.0g,亚硝酸钠0.8g,5%氢氧化钠10mL,N,N-二甲基苯胺1.3mL,氯化钠溶液20ml,浓盐酸2.5mL,冰醋酸1mL,10%氢氧化钠15ml,乙醇4ml.四．所用化学药品物理性质外观溶解性熔点毒性相对分子质量对氨基苯磺酸白色至灰白色粉末在冷水中微溶，溶于沸水，微溶于乙醇乙醚和苯288℃摄入、吸入或经皮肤吸收后对身体有害。具有刺激作用173.83g/molN,N-二甲基苯胺淡黄色至浅褐色油状微溶于水，溶于水乙醇、氯仿、乙醚及芳香族1.5～2.5℃高毒。吸入其气体或经皮肤吸收引起中毒121.18g/molNH2HO3SNH3O3SNaOHNH2NaO3SH2O2五．实验步骤及现象实验时间实验内容实验现象13:30~13:35称取2.00g对氨基苯磺酸于100ml烧杯中，再加入10ml5%NaOH，水浴加热至溶解。对氨基苯磺酸为白色粉末状，溶解后溶液呈橙黄色。13:35~13:42让溶液冷却至室温。13:42~13:54向溶液中加入0.8gNaNO3和6ml水,混合均匀后，冰水浴冷却。加入NaNO3后，溶液的橙色变淡，溶液中有白色的小颗粒。13:54~14:01将2.5ml浓HCl慢慢加入到13ml的水中，混合均匀后。边搅拌边逐滴加入到溶液中。然后用KI-淀粉试纸检验。加入HCl后溶液颜色加深，变成了红色溶液，但溶液中又有很多白色颗粒。KI-淀粉试纸呈紫色。14:01~14:17冰水浴15min.制得重氮盐。溶液分层。下层为白色颗粒。14:20~14:30将1.3mlN,N-二甲基苯胺和1ml冰醋酸加到试管中，震荡混合后，边搅拌边加到重氮盐中，搅拌10min。N,N-二甲基苯胺淡黄色液体，有刺激臭味有机溶剂。甲基橙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。300℃低毒类，对眼睛有刺激性327.33g/mol3油状液体，加入混合液后，溶液变成了红色的糊状液。14:30~14:44往溶液中慢慢加入15ml10%NaOH溶液至橙色。14:44~15:08加热溶液至沸腾，让反应完全。刚开始加热时，产生大量的泡沫。随着温度的升高，泡沫慢慢消失，变红色悬浊液。沸腾后，白色颗粒消失，变成了神红色溶液。15:08~15:34待溶液稍冷却后，冰水浴，冷却结晶。然后减压过滤。用饱和NaCl冲洗烧杯两次，每次10ml。过滤得到为橘黄色颗粒的滤饼，滤液为棕色液体。15:40~16:20将滤饼连同滤纸一起移到装有75ml热水的烧杯中，全溶后冷却至室温。15:53开始冰水浴，冷却结晶。烧杯中慢慢有晶体析出，晶体下层为粉末状，上层为片状，母液表面也有一层晶体。16:23~16:30减压过滤，用乙醇洗涤滤饼两次，每次2ml。将得到的滤饼转移到表面皿。滤饼为橘黄色块状固体。16:30~16:33干燥产品，称重。产品为橙红色片状晶体，少许为粉末状晶体。16:34溶解少许产品，加几滴稀HCl,再加入几滴稀NaOH，观察颜色变化。产品溶解后呈橙色，加入盐酸后，溶液变紫红色，再加入NaOH后，溶液呈橙色。4六．实验数据处理表面皿+产品表面皿产品质量/g35.2732.253.02已知对氨基苯磺酸的相对分子质量：M1=173.83g/mol；甲基橙的相对分子质量：M2=327.33g/mol。则理论上2.00g的对氨基苯磺酸可得到甲基橙的质量：m1=(2.00g×M2)÷M1＝(2.00g×327.33g/mol)÷173.83g/mol=3.77g;所以实验的产率：ω=（实际上甲基橙的质量÷理论上甲基橙的质量）×100%=（3.02g÷3.77g）×100%=80%七．实验结果讨论单从实验结果来看，该实验的产率比较高。但从实验的过程来说，却存在着不少的问题。①往溶液中加浓HCl时过快，导致溶液变的特别红。②偶合反应时，加热溶液至沸腾的过程中，加热速度太快，搅拌不及时，导致泡沫外溢，造成一部分的产品损失。③最后重结晶时，冷却至室温的时间不够长，导致最后的产品呈粉末状。④冰水浴，冷却结晶，要等到溶液温度低于5℃才可以，所以过早的过滤会造成晶体数量的减少。八．注意事项①对氨基苯磺酸为两性化合物，酸性强于碱性，它能与碱作用生成盐而不能与酸作用成盐。②重氮化过程中，应严格控制温度，反应温度若高于5℃，生成的重氮盐易与水解为酚，降低产率。③若试纸不显色，需补充亚硝酸钠溶液。④若反应物中含有未作用的N,N-二甲基苯胺醋酸盐，在加入NaOH后。就会有难溶于水的N,N-二甲基苯胺析出，影响产物的纯度。⑤重结晶操作要迅速，否则由于产物呈碱性，在温度高是易变质，颜色变深。⑥用乙醇洗涤的目的是为了让产品迅速干燥。六、操作要点与说明１.本反应温度控制相当重要，制备重氮盐时，温度应保持在１０℃以下。如果重氮盐的水溶液温度升高，重氮盐会水解生成酚，降低产率。5２.对氨基苯磺酸是两性化合物，酸性比碱性强，以酸性内盐存在，所以它能与碱作用成盐而不与酸作用成盐。３.若含有未作用的Ｎ，Ｎ－二甲基苯胺醋酸盐，在加入氢氧化钠后，就会有难溶于水的Ｎ，Ｎ－二甲基苯胺析出，影响纯度。4．由于产物呈碱性，温度高易变质，颜色变深。反应产物在水浴中加热时间不能太长（约5min），温度不能太高（约60℃-80℃），否则颜色变深（为什么）。5．由于产物晶体较细，抽滤时，应防止将滤纸抽破（布氏滤斗不必塞得太紧）。用乙醇、乙醚洗涤的目的是使其迅速干燥。湿的甲基橙受日光照射，亦会颜色变淡，通常在55－78℃烘干。所得产品是一种钠盐，无固定熔点，不必测定。七、思考题及简要解答1．何谓重氮化反应？为什么此反应必须在低温、强酸性条件下进行？答：芳香伯胺在酸性介质中和亚硝酸钠作用生成重氮盐的反应叫做重氮化反应。重氮盐在中性或碱性介质中不稳定，高温、受热、见光、振动都会使之发生爆炸。2．本实验中，制备重氮盐时，为什么要把对氨基苯磺酸变成钠盐？本实验若改成下列操作步骤，先将对氨基苯磺酸与盐酸混合，再加亚硝酸钠溶液进行重氮化反应，可以吗？为什么？答：由于对氨基苯磺酸本身以内盐形式存在，不溶于无机酸，很难重氮化，故采用倒重氮化法，即先将对氨基苯磺酸溶于氢氧化钠溶液，再加需要量的亚硝酸钠，然后加入稀盐酸。所以反过来不行。3．什么叫做偶联反应？结合本实验讨论一下偶联反应的条件。答：在中性或弱碱性条件下，芳香胺、酚类等芳香烃化合物与重氮盐发生芳环上的亲电取代，生成偶氮化合物的反应，叫做偶联反应。4．试解释甲基橙在酸碱介质中变色的原因，并用反应式表示。O3SNNN(CH3)2HOHO3SNNN(CH3)2pH4.4,黄色pH3.1,红色