甲基橙是一种常用的酸碱指示剂。甲基橙的传统合成方法是“逆加法,”即先将对氨基苯磺酸碱化成水溶性较好的盐,然后在低温强酸性环境中发生重氮化反应,制得的重氮盐于醋酸环境中与N,N-二甲基苯胺偶联、碱化中和、重结晶制得。传统合成方法在重氮化时,埋没了对氨基苯磺酸本身的酸性在重氮化中的作用。在实验教学中,我们对传统合成法进行了改良,即直接利用对氨基苯磺酸自身的酸性来完成重氮化。

1　实验部分

1.1对氨基苯磺酸的重氮化反应

在100ml烧杯中加入25ml蒸馏水(或25ml95%乙醇),2.0g对氨基苯磺酸和0.8g亚硝酸钠,室温下迅速搅拌5mim,固体全部溶解,溶液由黄色转变成橙红色。(pH=5.6)

1.2偶合生成甲基橙

在上述溶液中迅速加入1.3ml新蒸过的N,N-二甲基苯胺,将烧杯置于磁力搅拌器平台上搅拌20mim,反应液逐渐粘稠并呈红褐色,继续搅拌至反应液粘度下降,静置至反应液中有大量亮橙色晶体析出。

1.3分离和提纯

在上述晶体中加入10%NaOH5ml,搅拌均匀、冷却、抽滤、用10ml蒸馏水洗涤2次,得粗甲基橙固体。将粗产品转入150ml锥形瓶中,加入75ml蒸馏水,加热至粗产品溶解,(温度不超过60℃),冷却至晶体完全析出,抽滤、洗涤、干燥、称量,得亮橙色鳞片状甲基橙晶体3.1g,产率为81%。

2　结果与讨论

2.1从表1的有关比较数据可以判断传统合成方法与改良方法的优劣。


2.2分析

2.2.1传统的逆加法重氮化,埋没了对氨基苯磺酸本身的酸性在重氮化反应中的作用。先加碱增溶再加入过量的盐酸使反应体系呈强酸性;改良法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、碱试剂,减少了酸碱用量,降低了反应成本。

2.2.2传统的逆加法重氮化,必须在低温、强酸性环境中进行;改良法突破了低温反应条件的限制,降低了合成能耗,同时也缩短了合成周期。

2.2.3改良法合成甲基橙的产率高于传统的逆加法合成甲基橙的产率,产品经TCL分析,其纯度与A.R级甲基橙相当。

2.2.4传统的逆加法与改良法的反应原理分析


对比两种合成法可知,改良法减少了反应步骤,能有效地缩短反应时间,减少了部份试剂用量,提高了产率。
2.2.5改良法合成的甲基橙红外光谱分析:
对改良法合成的甲基橙用NZCOLET5DXFT-IR红外光谱仪(固态KBr压片)分析,图谱如下:


从图1可见:在1600/cm强吸收峰,这是苯环的骨架振动特征峰,830-810/cm有一强吸收峰,说明有对二取代的苯基存在,2820-2760/cm是N-CH3的特征峰,1575-1600/cm是N=N的特征峰,1230-1030/cm是C-N的伸缩振动特征峰,1470-1450/cm是-CH3弯曲振动吸收峰,由以上可判断,分子中含有Ar-N=N-C(CH3)2结构;635/cm的强吸收峰是S-O的伸缩振动特征峰,1055/cm是SO3-的特征峰,1220/cm是SO3-振动特征峰,有以上可判断,分子中含有Ar-SO3-Na+结构。通过对产品的红外光谱图的分析可知,与萨特勒(Sadtler)的标准图谱相一致,所制产品是高纯度的甲基橙。

3　结论
改良法合成甲基橙比传统法有许多优点,不仅节约资源、缩短时间,还提高产率,值得推广。

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