甲基橙(实验室酸碱指示剂)的制备
一、训练要求
1、学习和掌握甲基橙(实验室酸碱指示剂)制备原理和方法,清楚反应的影响因素,进行制备方案的查询和选择。
2、根据所确定的方案查阅并记录原料、中间产物、副产物、产品的常规物性和毒理性质。
做实验环境的评估、选择和安全预案。
3、理解反应过程中出现的副反应,且在合成操作后,有逻辑的明确提纯方案。
4、根据实施路线和数量要求,合理选择适合的玻璃仪器,辅助装置,并能够正确、熟练的搭建实验装置。
5、能够熟练的操作仪器,控制反应进程,对粗品进行纯化处理,进行基本的性质检测。
6、实验训练中,能够仔细观察现象,正确分析现象的原因,进行对应的正确操作与处理。
7、实验过程中,及时、准确、正确的记录实验数据和现象。
实验结束后进行数据的归纳、整理、计算。
8、本实验要求熟练掌握:试剂的称量、低温合成、洗涤与抽滤操作、干燥、以及熔点仪的使用。
二、教学重点和难点
重点:偶氮化合物的制备原理和方法,反应设备的搭建,减压抽滤的原理和方法。
难点:通过减压抽滤去除固液混合组分中非产品成分的方法。
甲基橙(实验室酸碱指示剂)粗品的重结晶提纯。
本制备过程的粗产物是固液非均相体系,并含有副产物,使用减压抽滤和重结晶的处理方式,获得纯度较高的产品是典型的固液混合相产物处理方法,在有机合成操作中具有代表意义。
三、试验原理
中文别名:金莲橙D
英文名称::Methyl Orange
结构式:
外观与性状:橙黄色鳞状晶体或粉末。
分子量:327.24
甲基橙的变色范围是pH<3.1 变红,pH>4.4变黄,3.1~4.4呈橙色。
相对密度:1.28
溶解性: 微溶于冷水,易溶于热水,几乎不溶于乙醇; 最大吸收波长:505nm
在酸碱滴定中主要用作酸碱指示剂,在氧化还原滴定法中可以用作氧化还原指示剂,在催化动力光度分析和氧化还原光度分析中主要用作还原剂,在配合物水相光度分析中主要用作配位剂。
主反应:
甲基橙是指示剂,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,首先得到亮黄色的酸式甲基橙称为酸性黄,在碱中酸性黄转变为橙黄色的钠盐,即甲基橙。
大多数重氮盐很不稳定,温度高时易发生分解,所以重氮化反应和偶合反应都需在低温下进行。
同时强酸性介质的存在,防止重氮盐与未反应的芳胺发生偶合。
对氨基苯磺酸是两性化合物,其酸性比碱性强,能形成酸性内盐,它能与碱作用生成盐,难与酸作用生成盐,所以不溶于酸。
但重氮化反应要求在酸性溶液中完成,因此,首先将对氨基苯磺酸与碱作用,生成水溶性较大的对氨基苯磺酸钠,再进行重氮化反应。
四、实验步骤
第一部分,重氮盐的制备
第一步:在100 mL 烧杯中,加入2.1 g 对氨基苯磺酸,10 mL 5% NaOH 溶液,水浴中,加热溶解,冷却至室温。
第二步:加入0.8 g 亚硝酸钠,溶解。
搅拌下将混合物分批倒入装有13 mL 冰水和2.5 mL 浓盐酸的烧杯中,保持温度在5 ℃以下(重氮盐为细粒状白色沉淀)。
冰盐浴中放置15 min ,使重氮化反应完全。
第二部分,偶合反应
第一步:在另一烧杯中加入1.2 g N , N-二甲基苯胺,溶于1 mL 冰醋酸中,不断搅拌
NH 2
HO 3S
NH 3
O 3S
NaOH
NH 2
NaO 3S
H 2O
下,将此溶液慢慢加到上述重氮盐溶液中,继续搅拌10min,使反应完全。
慢慢加入15 mL 5%氢氧化钠溶液,使反应物析出,反应物呈橙色。
第二步:将反应物在沸水浴上加热5 min,使沉淀溶解,稍冷,置于冰浴中冷却,抽滤,用少量水95%乙醇、乙醚洗涤,压干。
第三部分:产品精制阶段
第一步:将上述粗产品用沸水(每克粗产品约需25ml水)进行重结晶。
待结晶完全析出,抽滤。
依次用少量乙醇、乙醚洗涤[6],压紧抽干,得小鳞片状甲基橙结晶。
干燥后,称重并计算产率。
第二步:静置到室温,冰水冷却,待结晶完全析出后,进行抽滤。
用少量冷水洗涤滤饼两次,压紧抽干。
第三步:将结晶用玻璃棒,转移至表面皿中,自然晾干后称量,计算产率。
第四部分:定性检验
溶解少许甲基橙于水中,观察溶液的颜色。
然后加入2滴稀盐酸,观察颜色的变化。
再用3滴稀氢氧化钠中和,再观察颜色的变化。
(标准产物为橙黄色鳞状晶体或粉末,相对密度(20/4℃):1.280)
第五部分:清理
玻璃仪器全部清洗至标准,放置。
布氏漏斗清洗干净,橡皮套管取下,擦干,妥善保存。
清理试验台,打扫卫生,实验过程。
注意事项:
1、为了使对氨基苯磺酸完全重氮化,反应过程中必须不断搅拌。
2、正确安装和使用冰水浴装置。
3、减压抽滤分离粗产物时,注意正确产品是在滤液中,还是在滤饼中。
4、重氮化反应控制温度很重要,反应温度若高于5℃,则生成的重氮盐易水解成苯
酚,降低了产率。
5、若试纸不显蓝色,应酌情补加亚硝酸钠溶液,并充分搅拌,直到刚显蓝色,可视
为反应终点。
但过量的亚硝酸会引起一系列氧化、亚硝基化等副反应。
6、粗产品呈碱性,温度稍高时易使产物变质,颜色变深,湿的甲基橙受日光照射亦
会使颜色变深,通常可在65~75℃烘干。
五、数据整理
产率计算:%100⨯=理论产量
实际产量
产率
六、实验报告
实验报告涵盖整个实验的全过程,具体安排由实验指导教师具体设定,并给出要求,以便学生完成。
七、问答题
1、本实验中重氮化反应为什么要控制在0~5℃中进行?偶合反应为什么在弱酸性介 质中进行?
答:重氮化反应控制温度很重要,反应温度若高于5℃,则生成的重氮盐易水解成苯 酚,降低了产率。
同时强酸性介质的存在,防止重氮盐与未反应的芳胺发生偶合。
2、对氨基苯磺酸进行重氮化反应时,为什么要先加碱使其变为盐?
答:可对氨基苯磺酸是两性化合物,其酸性比碱性强,能形成酸性内盐,它能与碱作用 生成盐,难与酸作用生成盐,所以不溶于酸。
但重氮化反应要求在酸性溶液中完成,因此,首先将对氨基苯磺酸与碱作用,生成水溶性较大的对氨基苯磺酸钠,再进行重氮化反应。
3、 减压抽滤装置分离产物时,如何操作?需要注意哪些?
答: 减压过滤操作也就是抽滤,是利用真空水泵使抽滤瓶中的压强降低,以达到固液分离的目的的操作。
其装置需要布氏漏斗、抽滤瓶、胶管、真空水泵、滤纸等组装而成。
注意事项:
(1)安装仪器,检查布氏漏斗与抽滤瓶之间连接是否紧密,真空水泵连接口是否漏气; (2)修剪滤纸,使其略小于布氏漏斗与,但要把所有的孔都覆盖住,并滴加蒸馏水使滤纸与漏斗连接紧密;
(3)将固液混合物转移到滤纸上; (4)打开真空水泵开关,开始抽滤;
(5)过滤完之后,先抽掉抽滤瓶接管,后关真空水泵。
(6)尽量使要过滤的物质处在布氏漏斗中央,防止其未经过滤,直接通过漏斗和滤纸之间的缝隙流下。
八、附录
1、实验仪器
烧杯、水浴锅、电炉子、石棉网、布氏漏斗、抽滤瓶、真空水泵、量筒、电子天平、药勺、称量纸、滤纸、玻璃棒。
2、实验药品
对氨基苯磺酸、N,N-二甲基苯胺、亚硝酸钠、浓盐酸、冰醋酸、5%氢氧化钠溶液、乙醇、乙醚、KI-淀粉试纸
3、药品的理化性能。