常温合成甲基橙的新探索

张建丽,闻质红

(1.河南工程学院,郑州450007;2.郑州铁路职业技术学院,郑州450052)

常温合成甲基橙的新探索

张建丽1,闻质红2

(1.河南工程学院,郑州450007;2.郑州铁路职业技术学院,郑州450052)

实验室合成甲基橙的传统方法是在低温下分二步完成,存在着条件难控制以及费时、费工、产率低的问题.本实验在常温下一步完成甲基橙的合成,结果表明该方法比传统低温二步法产率提高18%,通过对不同实验方法所得产品的红外光谱检验,常温下一步合成与低温下二步法合成的产品光谱曲线基本一致.

甲基橙;常温合成;实验改进

甲基橙是一种常用酸碱指示剂,被广泛应用于生产和科学实验中,也用作生物染色.现行高等院校化学实验教材中,甲基橙系由对氨基苯磺酸、亚硝酸钠和盐酸,经低温(0～5℃)重氮化反应生成重氮盐,再与N,N-二甲基苯胺偶合而成[1].此法温度不好控制,产率低,反应时间长,因此我们对甲基橙合成实验改进为常温下一步直接合成.改进后的实验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,由于没有另外加酸,亚硝酸是由亚硝酸钠与对氨基苯磺酸等摩尔反应而来,这就避免了因过量亚硝酸而引起的一些副反应,因此也就不用淀粉碘化钾试纸检验亚硝酸是否过量,使制备过程更为简便.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[2].以下是我们对该实验改进的探索过程及结果分析.

1 实 验

1.1 常温合成甲基橙原理

1.2 试剂与仪器

试剂:对氨基苯磺酸、N,N-二甲基苯胺、亚硝酸钠、氢氧化钠、盐酸,以上均为分析纯.

仪器:三口烧瓶、电动搅拌器、滴液漏斗、布氏漏斗、抽滤瓶、量筒、天平、红外光谱仪(IR-460,日本岛津)、循环水式真空泵(SHZ-D,河南巩义市英峪豫华仪器厂).

1.3 实验步骤

在100 m l三口烧瓶中加入2.1 g对氨基苯磺酸、0.8 g亚硝酸钠和30 m l水,三口烧瓶中口装电动搅拌器、两侧口装滴液漏斗和回流冷凝管,开动搅拌至固体完全溶解.用量筒量取1.3 m l N,N-二甲基苯胺,并用2倍体积乙醇洗涤量筒后一并加入滴液漏斗.边搅拌边慢慢滴加N,N-二甲基苯胺.滴加完毕继续搅拌20 min,再滴入3 m l 1.0 mol/L NaOH溶液,搅拌5 min.将该混合物加热溶解,静置冷却,待生成片状晶体后,抽滤得粗产物.粗产物用水重结晶后抽滤,并用10 m l乙醇洗涤产物,以促其快干,得橙红色片状晶体.干燥,称重5.3 g,产率85%.

2 结果与分析

2.1 低温与常温制备甲基橙方法的对比

表1所示为低温与常温甲茎橙合成方法的对比.

由表1数据说明常温方法制备甲基橙时间短,节约试 剂,产率高.

表1 低温与常温甲基橙合成方法的对比

2.2 结果分析

(1)在一般的有机化学实验书中,低温时甲基橙的制备方法基本过程大致相同[3].首先将对氨基苯磺酸碱化成水溶性较好的盐,然后在低温(0～5℃)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.在低温中重氮化时对氨基苯磺酸本身的酸性没有充分利用.常温时充分利用对氨基苯磺酸本身的酸性来完成重氮化.在重氮化时,不需要外加酸来形成含阴离子的重氮盐,而是利用其自身的磺酸基形成重氮盐,省去了外加酸、碱试剂,减少了酸碱的用量,降低了反应成本.

(2)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-N H(CH3)+2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-NH(CH3)+2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.

(3)低温时(0～ 5℃)强酸性环境中分二步进行,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.而本文将甲基橙低温实验改为常温实验后不仅操作简单,反应条件温和,且在同一体系中合成甲基橙时,反应过程现象清楚,对氨基苯磺酸与亚硝酸钠进行重氮化反应生成重氮盐后就立即与N,N-二甲基苯胺偶联反应,从而减少了重氮盐分解可能性.得到的产品晶粒均匀,颜色鲜艳,产率有所提高.

2.3 甲基橙的红外光谱

我们对低温下合成甲基橙、常温下合成甲基橙作了红外光谱,如图1、图2所示.

对采用低温方法制备的甲基橙和常温方法制备的甲基橙进行比较可知,产物为同一物质.从图1和图2中可看出:3 025 cm-1处有吸收峰,是A r-H和伸缩振动峰;1 601cm-1有吸收峰,是苯环的骨架振动峰;在1 575～1 630 cm-1处应是N=N的吸收峰,但与1 601 cm-1处大苯环的骨架振动峰叠加.在813 cm-1处、842 cm-1处的吸收峰有对二取代的苯处基存在;1 362 cm-1是C-N伸缩振动峰;1 168 cm-1是SO3伸缩振动峰[4];由以上可以判断分子中含有

3 结 语

通过低温方法与常温方法合成甲基橙的实验比较,在常温下合成甲基橙充分利用对氨基苯磺酸本身的酸性来完成重氮化,省去了外加酸,减少了原料的消耗,降低了反应成本,操作时便于控制温度,简化了实验步骤,缩短了实验时间,使产率由原来的67%提高到85%.

[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[J].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[M].北京:化学工业出版社,2002:162-163.

[4] 黄一石.仪器分析[M].北京:化学工业出版社,2002:250-251.

The One-step Synthesis of Methyl Orange at Room Temperature

ZHANG Jian-li1,WEN Zhi-hong2
(1.Henan Institute of Technology,Zhengzhou,450007;2.Zhengzhou Railway Vocational and Technology College,Zhengzhou 450052,China)

The traditionalmethod of synthesizingmethyl orange in the laboratory is low temperature twostep method.But there are some p roblem s.Fo r examp le,it is difficult to control the experimental condition and it is exhausting,time consuming and low p roductivity.A t the room temperature,methyl orange can be synthesized by one-step method.The result show s that if we add p-aminobenzenesulfonic acid,sodium nitrite and water into the reactor at once on room temperature firstly,stir the solution aswe add the N,N-dimethylaniline secondly,then stirring the solution 20 minutes for reaction thirdly that the p roductivity of this method could be 85%.Through testing infra-red spectrum of p roduct made by different experimental methods,it can find that the spectrum lines are in substantially agreement.

methyl orange;synthesize at room temperature;experimental imp rovement

O621

A DO I:10.3969/j.issn.1671-6906.2010.02.020

1671-6906(2010)02-0076-03

2010-03-05

张建丽(1956-),女,河南郑州人,实验师.