甲基橙的實訓報告

一、甲基橙的概述分子量:327.33對二甲基氨基偶氮苯磺酸鈉；4-{[4-(二甲氨基)苯]偶氮}苯磺酸鈉鹽。甲基橙的變色范圍是pH<3.1的變紅，pH>4.4的變黃，檢驗堿的話用酚酞現象會比較明顯，因為肉眼對紅色會比較敏感1、甲基橙的物理化學性質外觀與性狀:橙黃色鱗狀晶體或粉末。熔點:>300，溶解性:微溶于水，不溶于乙醇，易溶于熱水。2、甲基橙的用途，用作指示劑。甲基橙的操作與儲存操作注意事項:密閉操作，局部排風。防止粉塵釋放到車間空氣中。操作人員必須經過專門培訓，嚴格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴自吸過濾式防塵口罩，戴化學安全防護眼鏡，穿防毒物滲透工作服，戴橡膠手套。遠離火種、熱源，工作場所嚴禁吸煙。使用防爆型的通風系統和設備。避免產生粉塵。避免與氧化劑接觸。配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。倒空的容器可能殘留有害物。儲存注意事項:儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。防止陽光直射。包裝密封。應與氧化劑、食用化學品分開存放，切忌混儲。配備相應品種和數量的消防器材。儲區(qū)應備有合適的材料收容泄漏物。3、甲基橙的運輸性運輸注意事項:起運時包裝要完整，裝載應穩(wěn)妥。運輸過程中要確保容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞。嚴禁與氧化劑、食用化學品等混裝混運。運輸途中應防曝曬、雨淋，防高溫。運輸時運輸車輛應配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。裝運本品的車輛排氣管須有阻火裝置。中途停留時應遠離火種、熱源。車輛運輸完畢應進行徹底清掃。二、實訓原理甲基橙是指示劑，它是由對氨基苯磺酸重氮鹽與N,N一二甲基苯胺的醋酸鹽，在弱酸介質中偶合得到的。偶合先得到的是紅色的酸性甲基橙，稱為酸性黃，在堿性中酸性黃轉變?yōu)榧谆鹊拟c鹽，即甲基橙。反應原理方程式：1、重氮化反應芳香族伯胺在低溫和強酸溶液中與亞硝酸鈉作用，生成重氮鹽的反應稱為重氮化反應（diazotization）。由于芳香族伯胺在結構上的差異，重氮化方法也不盡相同。苯胺、聯苯胺及含有給電子基的芳胺，其無機酸鹽穩(wěn)定又溶于水，一般采用順重氮法，即先把1mol胺溶于2.5-3mol的無機酸，于0-5℃加入亞硝酸鈉?！痉磻话阍诘蜏叵逻M行,伯胺和酸的摩爾比為1:2.5】含有吸電子基（-SO3H、-COOH）的芳胺，由于本身形成內鹽而難溶于無機酸，較難重氮化，一般采用逆重氮化法，即先溶于碳酸鈉溶液，再加入亞硝酸鈉，最后加酸。本次實驗，甲基橙的制備即采用該方法。含有一個-NO2、-Cl等吸電子的芳胺，由于堿性弱，難成無機鹽，且銨鹽難溶于水，易水解，生成的重氮鹽又容易與未反應的胺生成重氮氨基化合物（-ArN＝N－NHAr），因此多采用先將胺溶于熱的鹽酸，冷卻后再重氮化。2、偶合反應在弱堿或弱酸性條件下，重氮鹽和酚、芳胺類化合物作用，生成偶氮基（－N=N-）將兩分子中的芳環(huán)偶聯起來的反應稱為偶聯反應（couplingreaction偶合反應）。偶聯反應的實質是芳香環(huán)上的親電取代反應，偶氮基為弱的親電基，它只能與芳環(huán)上具有較大電子云密度的酚類、芳胺類化合物反應。由于空間位阻的影響，反應一般在對位發(fā)生。若對位已經有取代基，則偶聯反應發(fā)生在鄰位。重氮鹽和酚的反應是在若堿性的介質中進行。而重氮鹽與芳胺的反應是在弱酸環(huán)境下進行的。對于本實驗，甲基橙的制備，由于為重氮鹽與芳胺的反應，故以冰醋酸為溶劑。注：1、影響重氮化反應的因素：重氮化反應是芳香族伯胺與亞硝化試劑（如亞硝酸、亞硝酰硫酸）的反應，反應一般在0～5℃的酸性水溶液中進行。式中Ar為芳香烴或雜環(huán)；X為Cl,Br,HSO4。在進行重氮化反應時，要注意下3個因素。(1)酸的用量從上面反應式中可看出，酸的理論用量為2mol。但在實際的反應中，酸的作用首先是使芳胺類化合物溶解，其次是與亞硝酸鈉生成亞硝酸，最后是穩(wěn)定生成的重氮鹽。所以重氮化反應時酸的用量在2.5—3.5mol之間，使整個反應過程及反應完成后的反應介質仍呈強酸性。若酸的用量不足，生成的重氮鹽容易和未反應的芳胺偶合，生成如下的重氮氨基化合物。這是一種不可逆的自偶合反應，一旦生成，直接會影響偶氮顏料的產率及質量。(2)亞硝化試劑的用量重氮化反應進行時，自始至終必須保持亞硝化試劑微過量，否則會引起自偶合反應。在反應中還必須保持一定的亞硝化試劑的加入速度，過慢則已反應的重氮鹽會與未反應的芳胺發(fā)生自偶合；過快則一部分亞硝化試劑來不及與芳胺發(fā)生反應而產生紅棕色的氧化氮氣體，既污染環(huán)境又影響反應配比。（3）反應溫度重氮化反應一般都在0—5℃進行，這是因為在大部分重氮鹽在低溫條件下比較穩(wěn)定。較高的溫度會促使重氮鹽分解。另外，亞硝化試劑在較高溫度下也容易分解。2．影響偶合反應的因素偶合反應是一個親電子取代反應。重氮鹽正離子進攻偶合組分上電子云密度較高的碳原子，生成中間產物，然后迅速失去氫質子，不可逆地轉化為偶氮化合物。（1）重氮組分與偶合組分的性質重氮組分與偶合組分芳核上存在的取代基，對偶合反應的速度有較大的影響。當重氮組分的芳核上有吸電子取代基存在時，加強了重氮鹽的親電子性，偶合活潑性高。若給電子取代基時，則減弱了重氮鹽的親電子性，活潑性低，不利于偶合。偶合組分也有類似情況，即芳核上有給電子基時，偶合反應較容易進行；當芳核上有吸電子基時，偶合反應就較困難。（2）介質的pH值在偶合反應過程中，偶合液的pH值對偶合反應速度影響較大。如以萘酚及其衍生物作為偶合組分，在偶合反應過程中，隨著介質pH值的增加，偶合反應速度增大。當pH值達到9左右時，偶合反應速度達到最大值，再繼續(xù)增加pH值時，偶合反應速度反而下降。偶合反應介質pH值增高，偶合反應速度增大的原因是因為偶合組分生成了活潑的酚負離子之故。在堿性介質中有利于酚負離子的生成，所以偶合反應速度增加。當pH值大于9時，偶合反應速度變慢的原因是因為在強堿性介質中，活潑的重氮鹽會轉變?yōu)椴换顫姷姆词街氐猁}，所以酚類及其衍生物的偶合反應的pH植通常在7—9之間。（3）偶合反應的速度在進行偶合反應時，同時發(fā)生重氮鹽分解的副反應，生成焦油狀物質。已知偶合反應的活化能為59.4—71.9kJ/mol,重氮鹽分解反應的活化能為95.3—138.8kJ/mol,重氮鹽分解活化能大于偶合反應的活化能。因此，反應溫度每增加10℃，偶合反應速度增加2—2.4倍，重氮鹽分解速度增加3.1—5.3倍，所以偶合反應在較低溫度下進行比較合適。三、藥品試劑、藥品：對氨基苯磺酸

氫氧化鈉5%

亞硝酸鈉

濃鹽酸

冰醋酸N,N-二甲基苯胺

乙醇乙醚

淀粉-碘化鉀試紙物理常數化合物分子量性狀比重(d)熔點(℃)沸點(℃)折光率(ｎ)溶解度水乙醇對氨基苯磺酸173.84白色或灰白色晶體1.485280℃時分解炭化－－微溶不溶亞硝酸鈉69.05白色或微帶淺黃色晶體2.168271320℃以上分解－易溶微溶N,N-二甲基苯胺121.18淡黃色油狀液體0.95572.451941.5582微溶易溶甲基橙327.34橙黃色鱗片狀結晶－－－－微溶，易溶于熱水不溶儀器：100ml燒杯(2個)

溫度計

表面皿玻璃棒量筒（10ml）布氏漏斗、電爐、抽濾瓶、真空抽濾機等布氏漏斗抽濾瓶操作步驟1、重氮鹽的制備在100mL燒杯中、加入2.5g對氨基苯磺酸結晶和5mL5％氫氧化鈉溶液，溫熱使結晶溶解，用冰鹽浴冷卻至0℃以下。另在一試管中配制0.4g亞硝酸鈉和3mL水配成的溶液。將此配制液也加入燒杯中，維持溫度0-5℃，在攪拌下，慢慢用滴管滴入1.5mL濃鹽酸和5mL水配成的溶液，直至用淀粉-碘化鉀試紙檢測呈現藍色為止，繼續(xù)在冰鹽浴中放置15min，使反應完全，這時往往有白色細小晶體析出。2、偶合反應在試管中加入0.7mLN,N-二甲基苯胺和0.5mL冰醋酸，并混勻。在攪拌下將此混合液緩慢加到上述冷卻的重氮鹽溶液中，加完后繼續(xù)攪拌10min。緩緩加入約15mL5%氫氧化鈉溶液，直至反應物變?yōu)槌壬ù藭r反應液為堿性）。甲基橙粗品呈細粒狀沉淀析出。將反應物置沸水浴中加熱5min，冷卻后，再放置冰浴中冷卻，使甲基橙晶體析出完全。抽濾，依次用少量水、乙醇和乙醚洗滌，壓緊抽干。干燥后得粗品。3、純化粗產品用1%氫氧化鈉進行重結晶。待結晶析出完全，抽濾，依次用少量水、乙醇和乙醚洗滌，壓緊抽干，得片狀甲基橙結晶。稱重并計算產率。4、中和將少許甲基橙溶于水中，加幾滴稀鹽酸，然后再用稀堿中和，觀察并記錄顏色變化。五、操作重點及注意事項１. 本反應溫度控制相當重要，制備重氮鹽時，溫度應保持在１０℃以下。如果重氮鹽的水溶液溫度升高，重氮鹽會水解生成酚，降低產率。２. 對氨基苯磺酸是兩性化合物，酸性比堿性強，以酸性內鹽存在，所以它能與堿作用成鹽而不與酸作用成鹽。３. 若含有未作用的Ｎ，Ｎ－二甲基苯胺醋酸鹽，在加入氫氧化鈉后，就會有難溶于水的Ｎ，Ｎ－二甲基苯胺析出，影響純度。4．由于產物呈堿性，溫度高易變質，顏色變深。反應產物在水浴中加熱時間不能太長（約5min），溫度不能太高（約60℃-80℃），否則顏色變深（為什么）。5．由于產物晶體較細，抽濾時，應防止將濾紙抽破（布氏濾斗不必塞得太緊）。用乙醇、乙醚洗滌的目的是使其迅速干燥。濕的甲基橙受日光照射，亦會顏色變淡，通常在55－78℃烘干。所得產品是一種鈉鹽，無固定熔點，不必測定。6、對氨基苯磺酸是兩性化合物酸性比堿性強以酸性內鹽形成存在。但重氮時，又要在酸性溶液中進行，因此生氨時，首先將對氨基苯磺酸與堿作用變成水溶性較大的細鹽。7、重氮化過程中，嚴格控制溫度很重要，反應溫度高于5℃則生成的重氮鹽易水解用的酚，降低產率，導致失敗。六、思考題及簡要解答1．何謂重氮化反應？為什么此反應必須在低溫、強酸性條件下進行？答：芳香伯胺在酸性介質中和亞硝酸鈉作用生成重氮鹽的反應叫做重氮化反應。重氮鹽在中性或堿性介質中不穩(wěn)定，高溫、受熱、見光、振動都會使之發(fā)生爆炸。2．本實驗中，制備重氮鹽時，為什么要把對氨基苯磺酸變成鈉鹽？本實驗若改成下列操作步驟，先將對氨基苯磺酸與鹽酸混合，再加亞硝酸鈉溶液進行重氮化反應，可以嗎？為什么？答：由于對氨基苯磺酸本身以內鹽形式存在，不溶于無機酸，很難重氮化，故采用倒重氮化法，即先將對氨基苯磺酸溶于氫氧化鈉溶液，再加需要量的亞硝酸鈉，然后加入稀鹽酸。所以反過來不行。3．什么叫做偶聯反應？結合本實驗討論一下偶聯反應的條件。答：在中性或弱堿性條件下，芳香胺、酚類等芳香烴化合物與重氮鹽發(fā)生芳環(huán)上的親電取代，生成偶氮化合物的反應，叫做偶聯反應。4．試解釋甲基橙在酸堿介質中變色的原因，并用反應式表示。1、本實驗中重氮鹽的制備為什么要控制在0－5℃中進行？偶合反應為什么要在弱酸介質中進行？答：溫度高了易產生重氮鹽分解，使偶聯反應不能發(fā)生。2七、實驗記錄表溫度：室溫