甲基橙的制备.doc

甲基橙的制备
实验目的
掌握重氮化反应和耦合反应的原理和实验操作。
巩固盐析和重结晶的原理和操作。
常规制备方法的改进
现行制备甲基橙的一般方法都需要在低温下进行重氮盐的制备。制备步骤是：首先将对氨基苯磺酸碱化成水溶性较好的盐，然后在低温强酸性环境中进行重氮化反应，制得重氮盐，再于醋酸环境中与N,N-二甲基苯胺偶联、碱化中和制得。这种制备方法在进行重氮化时没有充分利用对氨基苯磺酸本身的酸性在重氮化反应中的作用，而且该方法操作复杂，反应条件不易控制，不利于偶联反应，且粗产品容易变质，尤其是加热溶解时容易变成黑色物质。故对常规方法进行了改良，改进的关键是在常温时充分利用对氨基苯磺酸自身的酸性来完成重氮化，由于没有外加酸，亚硝酸是由亚硝酸钠与对氨基苯胺酸反应而来，这就避免了因过量亚硝酸而引起的一些副反应，因此也就不需用淀粉碘化钾试纸检验亚硝酸是否过量，使制备过程更简单，而且此方法还降低了试剂损耗，条件易于控制，实验时间缩短。以下是该方法的实验原理。
实验原理
甲基橙学名“对二甲基偶氮苯磺酸钠”。甲基橙广泛应用于生产和科学实验中，常用作酸碱指示计和生物染料，在中性或碱性介质中呈黄色，在酸性介质中（PH<3.0）呈红色。制备的主要反应方程式如下：

实验仪器和试剂
仪器
仪器名称个数规格三口烧瓶1个100ml量筒1个10ml量筒1个50ml回流冷凝管1个常规规格滴液漏斗1个常规规格分液漏斗1个锥形瓶3个50ml烧杯3个50ml烧杯1个150ml铁架台2个石棉网1个酒精灯1个胶头滴管3个布氏漏斗1个常规规格吸滤瓶1个常规规格温度计1只100℃循环水式多用真空泵1台常规规格电动搅拌机或（玻璃棒）1个常规规格电子天平1台常规规格制冰机1台移量管1个滤纸3张试剂
试剂名称状态用量对氨基苯磺酸固态2.5g亚硝酸钠固态1.0gN,N-二甲基苯胺液态1.8ml乙醇液态13.6ml氢氧化钠（1mol/L）液态3ml盐酸（1mol/L）液态2ml实验装置图

实验步骤
粗甲基橙的合成
在干燥的100mL三口瓶上安装电动搅拌机（也可人工搅拌）、滴液漏斗，回流冷凝管，在三口烧瓶中加入2.5g对氨基苯磺酸、1.0g亚硝酸钠和30mL水，搅拌使固体溶解，生成重氮盐。用移液管量取1.8mLN-N二甲基苯胺和2倍体积的乙醇（同一移量管）,加入滴液漏斗中，一边搅拌，一边用滴液漏斗滴加混合液，滴加完毕后还需搅拌30min，再在三口烧瓶中加入3mL1.0mol/LNaOH溶液继续搅拌2min，将该混合液冷却，静置，待片状结晶出现后过滤，得到甲基橙粗品。
粗产品的纯化
将滤饼连同滤纸转移到有10ml热水的烧瓶中，微微加热并且不断地搅拌，滤饼几乎完全溶解后，取出滤纸，溶液冷却至室温，然后在冰水浴中再冷却，使甲基橙晶体析出完全。真空过滤收集结晶，结晶依次用少量乙醇洗涤，得到橙色的小叶片甲基橙结晶。产品在65℃~75℃下烘干，称量并计算产率。甲基橙是一种盐，没有明确的熔点。
溶解少许甲基橙溶于水中，加几滴稀盐酸溶液，接着用稀的NaOH溶液中和，观察颜色的变化。

实验流程图

粗甲基橙合成

粗产品纯化

实验的可行性分析
重氮化反应在低温(0～5℃)强酸时，二甲基苯胺与酸发生反应，由于生成的的强电子诱导作用，使苯环上的电子云密度降低，因而苯环上的亲电取代反应难度增大．而我们将低温环境改为常温环境并且在同一容器中一步进行合成，反应速度快，在此条件下，二甲基苯胺以游离的形式存在，由于的强的供电子共轭效应，使二甲基苯胺中苯环上的电子云密度增加，有利于重氮离子对其进行亲电取代反应．因此，重氮离子一旦生成，就立即与二甲基苯胺发生偶联而生成产物。
所以对氨基苯磺酸可以在常温下进行重氮化，简化了实验步骤，缩短了合成时间。所以常温的制备方案可行性强。
实验试剂的物理常数
名称相对分子质量性状密度
g·cm熔点沸点溶解度（g/100ml溶剂）水乙醇乙醚对氨基苯磺酸173.19白色或灰白色晶体1.485288300℃分解0.8微溶微溶N,N-二甲基苯胺121.18淡黄色油状0.95572.45193不溶易溶易溶甲基橙327.33橙黄色鳞状晶体或粉末1.28>300分解0.2冷不溶不溶亚硝酸钠69.01白色或淡黄色细晶体2.168271320℃分解81微溶微溶乙醇46.07无色液体0.7137-11478.3∞∞∞浓盐酸36.46液体1.526-114.18-8571.9易溶易溶
九、实验估计用时
3小时

十、参考文献
[1]复旦大学化学系有机化学教研室．有机化学实验(第二版)[M]．北京：高等教育出版社，2006：203-204．
[2]张健，谭丹．一步法合成甲基橙实验条件的优化EJ]．中南民族大学学报(自然科学版)，2007(12)：26．
[3]初玉霞．化学实验技术基础