甲基橙的实训报告.docx

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甲基橙的实训报告

一、甲基橙的概述

分子量:

327.33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

。

甲基橙的变色范围是pH<3.1的变红，pH>4.4的变黄，检验碱的话用酚酞现象会比较明显，因为肉眼对红色会比较敏感

1、甲基橙的物理化学性质

外观与性状:

橙黄色鳞状晶体或粉末。

熔点:

>300，溶解性:

微溶于水，不溶于乙醇，易溶于热水。

2、甲基橙的用途，用作指示剂。

甲基橙的操作与储存

操作注意事项:

密闭操作，局部排风。

防止粉尘释放到车间空气中。

操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。

建议操作人员佩戴自吸过滤式防尘口罩，戴化学安全防护眼镜，穿防毒物渗透工作服，戴橡胶手套。

远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。

使用防爆型的通风系统和设备。

避免产生粉尘。

避免与氧化剂接触。

配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。

倒空的容器可能残留有害物。

储存注意事项:

储存于阴凉、通风的库房。

远离火种、热源。

防止阳光直射。

包装密封。

应与氧化剂、食用化学品分开存放，切忌混储。

配备相应品种和数量的消防器材。

储区应备有合适的材料收容泄漏物。

3、甲基橙的运输性

运输注意事项:

起运时包装要完整，装载应稳妥。

运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。

严禁与氧化剂、食用化学品等混装混运。

运输途中应防曝晒、雨淋，防高温。

运输时运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。

装运本品的车辆排气管须有阻火装置。

中途停留时应远离火种、热源。

车辆运输完毕应进行彻底清扫。

二、实训原理

甲基橙是指示剂，它是由对氨基苯磺酸重氮盐与N,N一二甲基苯胺的醋酸盐，在弱酸介质中偶合得到的。

偶合先得到的是红色的酸性甲基橙，称为酸性黄，在碱性中酸性黄转变为甲基橙的钠盐，即甲基橙。

反应原理方程式：

1、重氮化反应

芳香族伯胺在低温和强酸溶液中与亚硝酸钠作用，生成重氮盐的反应称为重氮化反应（diazotization）。

由于芳香族伯胺在结构上的差异，重氮化方法也不尽相同。

苯胺、联苯胺及含有给电子基的芳胺，其无机酸盐稳定又溶于水，一般采用顺重氮法，即先把1mol胺溶于2.5-3mol的无机酸，于0-5℃加入亚硝酸钠。

【反应一般在低温下进行,伯胺和酸的摩尔比为1:

2.5】

含有吸电子基（-SO3H、-COOH）的芳胺，由于本身形成内盐而难溶于无机酸，较难重氮化，一般采用逆重氮化法，即先溶于碳酸钠溶液，再加入亚硝酸钠，最

后加酸。

本次实验，甲基橙的制备即采用该方法。

含有一个-NO2、-Cl等吸电子的芳胺，由于碱性弱，难成无机盐，且铵盐难溶于水，易水解，生成的重氮盐又容易与未反应的胺生成重氮氨基化合物（-ArN＝N－NHAr），因此多采用先将胺溶于热的盐酸，冷却后再重氮化。

2、偶合反应

在弱碱或弱酸性条件下，重氮盐和酚、芳胺类化合物作用，生成偶氮基（－N=N-）将两分子中的芳环偶联起来的反应称为偶联反应（couplingreaction偶合反应）。

偶联反应的实质是芳香环上的亲电取代反应，偶氮基为弱的亲电基，它只能与芳环上具有较大电子云密度的酚类、芳胺类化合物反应。

由于空间位阻的影响，反应一般在对位发生。

若对位已经有取代基，则偶联反应发生在邻位。

重氮盐和酚的反应是在若碱性的介质中进行。

而重氮盐与芳胺的反应是在弱酸环境下进行的。

对于本实验，甲基橙的制备，由于为重氮盐与芳胺的反应，故以冰醋酸为溶剂。

注：

1、影响重氮化反应的因素：

重氮化反应是芳香族伯胺与亚硝化试剂（如亚硝酸、亚硝酰硫酸）的反应，反应一般在0～5℃的酸性水溶液中进行。

式中Ar为芳香烃或杂环；X为Cl,Br,HSO4。

在进行重氮化反应时，要注意下3个因素。

（1）酸的用量从上面反应式中可看出，酸的理论用量为2mol。

但在实际的反应中，酸的作用首先是使芳胺类化合物溶解，其次是与亚硝酸钠生成亚硝酸，最后是稳定生成的重氮盐。

所以重氮化反应时酸的用量在2.5—3.5mol之间，使整个反应过程及反应完成后的反应介质仍呈强酸性。

若酸的用量不足，生成的重氮盐容易和未反应的芳胺偶合，生成如下的重氮氨基化合物。

这是一种不可逆的自偶合反应，一旦生成，直接会影响偶氮颜料的产率及质量。

（2）亚硝化试剂的用量重氮化反应进行时，自始至终必须保持亚硝化试剂微过量，否则会引起自偶合反应。

在反应中还必须保持一定的亚硝化试剂的加入速度，过慢则已反应的重氮盐会与未反应的芳胺发生自偶合；过快则一部分亚硝化试剂来不及与芳胺发生反应而产生红棕色的氧化氮气体，既污染环境又影响反应配比。

（3）反应温度重氮化反应一般都在0—5℃进行，这是因为在大部分重氮盐在低温条件下比较稳定。

较高的温度会促使重氮盐分解。

另外，亚硝化试剂在较高温度下也容易分解。

2．影响偶合反应的因素

偶合反应是一个亲电子取代反应。

重氮盐正离子进攻偶合组分上电子云密度较高的碳原子，生成中间产物，然后迅速失去氢质子，不可逆地转化为偶氮化合物。

（1）重氮组分与偶合组分的性质重氮组分与偶合组分芳核上存在的取代基，对偶合反应的速度有较大的影响。

当重氮组分的芳核上有吸电子取代基存在时，加强了重氮盐的亲电子性，偶合活泼性高。

若给电子取代基时，则减弱了重氮盐的亲电子性，活泼性低，不利于偶合。

偶合组分也有类似情况，即芳核上有给电子基时，偶合反应较容易进行；当芳核上有吸电子基时，偶合反应就较困难。

（2）介质的pH值在偶合反应过程中，偶合液的pH值对偶合反应速度影响较大。

如以萘酚及其衍生物作为偶合组分，在偶合反应过程中，随着介质pH值的增加，偶合反应速度增大。

当pH值达到9左右时，偶合反应速度达到最大值，再继续增加pH值时，偶合反应速度反而下降。

偶合反应介质pH值增高，偶合反应速度增大的原因是因为偶合组分生成了活泼的酚负离子之故。

在碱性介质中有利于酚负离子的生成，所以偶合反应速度增加。

当pH值大于9时，偶合反应速度变慢的原因是因为在强碱性介质中，活泼的重氮盐会转变为不活泼的反式重氮酸盐，所以酚类及其衍生物的偶合反应的pH植通常在7—9之间。

（3）偶合反应的速度在进行偶合反应时，同时发生重氮盐分解的副反应，生成焦油状物质。

已知偶合反应的活化能为59.4—71.9kJ/mol,重氮盐分解反应的活化能为95.3—138.8kJ/mol,重氮盐分解活化能大于偶合反应的活化能。

因此，反应温度每增加10℃，偶合反应速度增加2—2.4倍，重氮盐分解速度增加3.1—5.3倍，所以偶合反应在较低温度下进行比较合适。

三、药品试剂、

药品：

对氨基苯磺酸 氢氧化钠5% 亚硝酸钠 浓盐酸 冰醋酸

N,N-二甲基苯胺 乙醇乙醚 淀粉-碘化钾试纸

物理常数

化合物

分子量

性状

比重（d）

熔点（℃）

沸点（℃）

折光率（ｎ）

溶解度

水

乙醇

对氨基苯磺酸

173.84

白色或灰白色晶体

1.485

280℃时分解炭化

－

－

微溶

不溶

亚硝酸钠

69.05

白色或微带浅黄色晶体

2.168

271

320℃以上分解

－

易溶

微溶

N,N-二甲基苯胺

121.18

淡黄色油状液体

0.9557

2.45

194

1.5582

微溶

易溶

甲基橙

327.34

橙黄色鳞片状结晶

－

－

－

－

微溶，易溶于热水

不溶

仪器：

100ml烧杯（2个） 温度计 表面皿玻璃棒量筒（10ml）布氏漏斗、电炉、抽滤瓶、真空抽滤机等

布氏漏斗抽滤瓶

4、操作步骤

1、重氮盐的制备

Ø在100mL烧杯中、加入2.5g对氨基苯磺酸结晶和5mL5％氢氧化钠溶液，温热使结晶溶解，用冰盐浴冷却至0℃以下。

Ø另在一试管中配制0.4g亚硝酸钠和3mL水配成的溶液。

Ø将此配制液也加入烧杯中，维持温度0-5℃，在搅拌下，慢慢用滴管滴入1.5mL浓盐酸和5mL水配成的溶液，直至用淀粉-碘化钾试纸检测呈现蓝色为止，

Ø继续在冰盐浴中放置15min，使反应完全，这时往往有白色细小晶体析出。

2、偶合反应

Ø在试管中加入0.7mLN,N-二甲基苯胺和0.5mL冰醋酸，并混匀。

Ø在搅拌下将此混合液缓慢加到上述冷却的重氮盐溶液中，加完后继续搅拌10min。

Ø缓缓加入约15mL5%氢氧化钠溶液，直至反应物变为橙色（此时反应液为碱性）。

甲基橙粗品呈细粒状沉淀析出。

Ø将反应物置沸水浴中加热5min，冷却后，再放置冰浴中冷却，使甲基橙晶体析出完全。

Ø抽滤，依次用少量水、乙醇和乙醚洗涤，压紧抽干。

Ø干燥后得粗品。

3、纯化

Ø粗产品用1%氢氧化钠进行重结晶。

Ø待结晶析出完全，抽滤，依次用少量水、乙醇和乙醚洗涤，压紧抽干，得片状甲基橙结晶。

称重并计算产率。

4、中和

Ø将少许甲基橙溶于水中，加几滴稀盐酸，然后再用稀碱中和，观察并记录颜色变化。

五、操作重点及注意事项

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。

２.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。

6、对氨基苯磺酸是两性化合物酸性比碱性强以酸性内盐形成存在。

但重氮时，又要在酸性溶液中进行，因此生氨时，首先将对氨基苯磺酸与碱作用变成水溶性较大的细盐。

7、重氮化过程中，严格控制温度很重要，反应温度高于5℃则生成的重氮盐易水解用的酚，降低产率，导致失败。

六、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。

1、本实验中重氮盐的制备为什么要控制在0－5℃中进行？

偶合反应为什么要在弱酸介质中进行？

答：

温度高了易产生重氮盐分解，使偶联反应不能发生。

2

七、实验记录表

温度：

室温压力：

常压

时间

操作过程及现象

备注

称量对氨基苯磺酸2.5g放入烧杯中

正确使用天平

称量NaoH5.00g在100ml烧杯中配成5﹪NaoH溶液

将NaoH加入对氨基苯磺酸，溶液呈黄色

分多次加入

加水、浓盐酸后，溶液呈金黄色

第二次加入稀盐酸溶液颜色加深

在分批加入过程中颜色逐渐加深，溶液呈深红色

溶液呈橘黄色

开始冷却分层，下层为白色上层为橙黄色

将18mlN-N-二甲基苯胺和1.5ml醋酸加入溶液呈红色粘稠状

加入剩余的NaoH

将反应物加热至沸腾

进行抽滤

洗涤实验仪器