甲基橙的制备.docx
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甲基橙的制备
实验编号
实验指导书
实验项目：
甲基橙的制备及变色范围的测定
所属课程:
有机化学实验
课程代码:
面向专业:
化学化工
学院（系）:
化学化工学院
实验室:
基础化学实验中心代号:
11101
2006年7月19日
一、实验目的
1．掌握重氮化反应原理、反应条件及在有机合成中的应用；
2．应用重氮化反应，以对氨基苯磺酸和N,N-二甲基苯胺为原料合成甲基橙。
二、实验内容
1．重氮盐溶液制备，即将对氨基苯磺酸中加入亚硝酸钠水溶液，控制反应温度为0～50C，搅拌下加入酸，至亚硝酸钠稍稍过量。
2．搅拌下，加入N,N-二甲基苯胺和少量醋酸，加入NaOH溶液，制得甲基橙的粗产物。
3．用1％的NaOH溶液重结晶，得橙色的片状甲基橙晶体。
4．取少量甲基橙配成水溶液，加入几滴稀盐酸，再用NaOH溶液中和，观察溶液颜色变化并用酸度计测定其颜色变化时对应水溶液的PH值。
三、实验示意图
重氮化盐制备
四、实验用主要仪器设备、消耗品
仪器设备名称
规格
消耗品名称
规格
烧杯
250ml
氢氧化钠
5％
滴液漏斗
100ml
对－氨基苯磺酸
CP
锥形瓶
250ml
亚硝酸钠
CP
布氏漏斗
常量
浓盐酸
CP
抽滤瓶
250ml
N,N-二甲基苯胺
CP
圆底烧瓶
100ml
冰醋酸
CP
制冰机
乙醇
CP
温度计
-50～1000C
乙醚
CP
酸度计
稀盐酸
0.1%
铁架台
淀粉－碘化钾试纸
电热套
100ml
五、实验原理及原始计算数据、所应用的公式
重氮化反应：
芳香族伯胺在酸性介质中和亚硝酸钠作用生成重氮盐的反应，通式为
这是芳香伯胺特有的性质，生成的化合物ArN2X-称为重氮盐（Diazoniumsalt）。
与脂肪族重氮盐不同，芳基重氮盐中，重氮基上的π电子可以同苯环上的π电子重叠，共轭作用使稳定性增加。
重氮盐通常的制备方法是将芳胺溶解或悬浮于过量的稀酸中（酸的物质的量为芳胺的2.5倍左右），把溶液冷却至0一5℃，然后加入与芳胺物质的量相等的亚硝酸钠水溶液。
一般情况下，反应迅速进行，重氮盐的产率差不多是定量的。
由于大多数重氮盐很不稳定，室温即会分解放出氮气，故必须严格控制反应温度。
当氨基的邻或对位有强的吸电子基如硝基或磺酸基时，其重氮盐比较稳定，温度可以稍高一点。
制成的重氮盐溶液不宜长时间存放，应尽快进行下一步反应。
酸的用量一般为2.5一3mo1，1mo1酸与亚硝酸钠反应产生亚硝酸，1mo1酸生成重氮盐，余下的过量的酸是为了维持溶液一定的酸度，防止重氮盐与未起反应的胺发生偶联。
邻氨基苯甲酸重氮盐是个例外，由于重氮化后生成的内盐比较稳定，故不需要过量的酸。
重氮化反应还必须注意控制亚硝酸钠的用量，若亚硝酸钠过量，则生成多余的亚硝酸会使重氮盐氧化而降低产率。
因而在滴加亚硝酸钠溶液时，必须及时用碘化钾一淀粉试纸试验至变蓝为止。
重氮盐的反应可分为两类，一类是用适当的试剂处理，重氮基被-H、-OH、-F、-Cl、-Br、-CN、-NO2及-SH等基团取代，制备相应的芳香族化合物；另一类是保留氮的反应，即重氮盐与相应的芳香胺或酚类起偶联反应，生成偶氮染料，在染料工业中占有重要的地位。
本反应的反应式如下：
六、实验数据记录
1．药品：
2．1g（0.011mol）对氨基苯磺酸，10ml5％（0.013mol）氢氧化钠，0.8g（0.011mol）亚硝酸钠，盐酸，淀粉-碘化钾试纸，活性炭
2．实验反应流程
3．本反应对氨基苯磺酸与亚硝酸钠为等摩尔量反应，所用的氢氧化钠的量比计算所得的量多3%-5%。
甲基橙的理论产量＝甲基橙的摩尔量*分子量
＝0.011mol*327=3.597g
甲基橙的实际产量约为2.7g
产率＝实际产量/理论产量=2.7/3.597=76%
4．甲基橙的变色范围的测定：
采用PH计测定甲基橙的变色范围：
在甲基橙的水溶液中，加入几滴盐酸至溶液为红色，测得PH值<3.1；
再加入几滴氢氧化钠至溶液为黄色，测得PH值>4.4。
5．本反应涉及的有机化学基本操作：
酸度计的使用
活性炭脱色
重结晶（用1％的氢氧化钠）
6．本反应可能存在的副反应：
亚硝酸能起氧化和亚硝基化作用，用量过多引起一系列副反应。
这时应加入少量尿素以除去过量亚硝酸。
反应式如下：
对氨基苯磺酸的重氮盐，这是因为重氮盐在水中可以电离，形成中性内盐
（
），在低温时难溶于水而形成细小晶体析出。
七、实验结果计算及曲线
甲基橙的理论产量＝甲基橙的摩尔量*分子量
＝0.011mol*327=3.597g
甲基橙的实际产量约为2.7g
产率＝实际产量/理论产量=2.7/3.597=76%
在甲基橙的水溶液中，加入几滴盐酸至溶液为红色，测得PH值<3.1；
再加入几滴氢氧化钠至溶液为黄色，测得PH值>4.4。
八、对实验结果和实验中某些现象的分析讨论
1．用淀粉一碘化钾试纸进行亚硝酸试验的目的是检验是否有游离亚硝酸，因为游离亚硝酸的存在表明芳胺硫酸盐已充分重氮化。
重氮化反应通常使用比计算量多3—5％的亚硝酸钠，过量的亚硝酸易导致重氮基被－NO2取代和间硝基苯酚被氧化等副反应的发生。
2．重氮化步骤中，对于1mol芳胺，酸的用量一般为2.5一3mo1，1mo1酸与亚硝酸钠反应产生亚硝酸，1mo1酸生成重氮盐，余下的过量的酸是为了维持溶液一定的酸度，防止重氮盐与未起反应的胺发生偶联。
3．在制备间硝基苯酚时候，要控制重氮盐的加入速度，以免反应中氮气产生过多使产生大量泡沫而使得反应物溢出。
4．重结晶用的稀盐酸（15%）的用量应根据各人粗产品的重量而有变化。
最终所得间硝基苯酚应为淡黄色结晶，
纯度可用熔点测定来检验。
实验精确度%
九、实验方法指示及注意事项
1．亚硝酸加入量的问题:
重氮化反应还必须注意控制亚硝酸钠的用量，若亚硝酸钠过量，则生成多余的亚硝酸会使重氮盐氧化而降低产率。
因而在滴加亚硝酸钠溶液时，必须及时用碘化钾一淀粉试纸试验至变蓝为止。
2．亚硝酸加入速度的问题：
亚硝酸钠的加入速度不宜过慢，以防止重氮盐与未反应的芳胺发生偶联生成黄色不溶性的重氮氢基化合物。
3．温度控制问题:
温热重氮盐的水溶液时，大多数重氮盐发生水解，生成相应的酚并释放出氮气，因此要控制反应的温度，必要时用冰盐浴，本实验重氮化反应的温度控制在0-5℃
4．重氮盐制备结束后应当立即进入下步反应，因为大多数重氮盐不稳定，室温下就有可能分解放出氮气。
一十、尚待解决的问题
对于重结晶后的晶体，抽滤干燥后，应将所用的仪器进行清洗，尤其是装有重氮盐的器皿不易久置，因为重氮盐残余物具有爆炸性，具有发生危险事故的可能，因此这点应该提醒注意。
一十一、对学生的要求
1．做好预习，实验中注意观察温度变化，通过控制滴加速度或外部冷却等方法控温度。
2．注意酸度计的使用方法，电极不要碰坏，平时要放在饱和氯化钠溶液中保存，不能裸露在空气中。
一十二、参考文献
周志高编，《有机化学实验》，化学工业出版社，1998.10p143-148
备注
实验设计者：
章烨
首开实验时间：
2007年5月
编写人：
章烨
编写时间：
2006年12月
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