甲基橙合成实验的改进

化学与黏合2009年第31卷第1期CHEMISTRY AND ADHESION●75●甲基橙合成实验的改进张建丽，魏媛，曹毅(河南工程学院材料化学工程系,河南郑州450007)摘要:实验室合成甲基橙的传统方法为低温二步法,存在着条件难控制、费时费工收率低的问题。在常温下用一步法合成甲基橙,结果表明:室温下在反应器内一次性加入对氨基苯磺酸、亚硝酸钠和水,边搅拌边慢慢滴加N,N -二甲基苯胺,滴加完毕搅拌反应20min,此合成方法收率可达85%左右。比传统低温二步法收率提高18%。通过对不同实验方法所得产品的红外光谱检验,常温下一步法合成与低温下二步法合成的产品光谱曲线基本--致。关键词:甲基橙;常温合成;实验改进中图分类号:TQ 421.3文献标识码:B文章编号:1001 -0017(2009)01 -0075 -03 .Improvement of Methyl Orange Synthesis ExperimentZHANG Jian-li, WEI Yuan and CAO Yi(Department of Materials and Chemical Enginering, Henan Institute of Technology, Zhengzhou 450007, China)Abstract: The traditional method of synhesizing metbhyl orange in the labortory is two - step method at low temperature. But there are some prob-lems, such as dificult to control the experimental condition, time consuming and low yield. Methyl orange can be synthesized by one - step method atroom temperature. It was found that if p - aminobenzenesulfonic acid , sodium nitrite and water were added into the reactor one trial at room temperature ,while stiring, N, N - dinethylaniline was slowly dropping ，and the reactin should continue 20min with stiring when dropping was finished, the yieldcould reach about 85% . The yield will increase 18% than the traditional two - step at low temperature. The IR spectruns of the products are nearly samewhich are prepared by one - step method at room temperature and two - step method at low temperature respectively.Key words: Methyl orange; synthesis at room temperature ; improvement of experimenthy+C - sOH+NaNO,- ~ Hn- sQNa+HNO,前言甲基橙广泛用于生产和科学实验，常用作酸→No.sO--N-oOHL.-r. Nwo0$O-NH -Ncau),碱指示剂和生物染色。现行高等院校化学实验教1.2 试剂与仪器材"中，甲基橙系由对氨基苯磺酸、亚硝酸钠和盐对氨基苯磺酸、N ,N -二甲基苯胺、亚硝酸.酸经低温(0~ 5C)重氮化反应生成重氮盐,再与.钠、氢氧化钠、盐酸均为分析纯。N ,N -二甲基苯胺偶合而成。此法温度不好控三口烧瓶;电动搅拌器;滴液漏斗;布氏漏制、收率低、反应时间长。因此我们将甲基橙合成斗;抽滤瓶;量筒;天平;红外光谱仪(IR -460),日.实验改进为一步法常温直接合成。改进后丰富了本岛津;循环水式真空泵(SHZ - D),河南巩义市实验教学内容,如增加了电动搅拌、滴加物料、减压英峪豫华仪器厂。抽滤和重结晶等有机实验操作。而且此方法还降1.3 实验步骤低了试剂损耗、操作简便、条件易于控制、实验时间1.3.1低温时甲基橙的制备缩短。在有机化学实验教材中,甲基橙的制备分两步1实验完成。第一步是在低温(0~ 5C)条件下于强酸性溶液中进行重氮化反应,第二步是将制得的重氮盐1.1 实验原理于醋酸环境中与N,N-二甲苯胺偶合,碱化中和后常温合成甲基橙的方法得产物,收率为67%。1.3.2常温条件下甲基橙的制备中国煤化工YHCNMHG收稿日期:2008 -06 -24作者简介:张建丽( 1956 - ),女,河南郑州人,实验师,长期从事有机化学高分子材料的实验教学和科研工作。●76.张建丽等，,甲基橙合成实验的改进Vol. 31. No.1 ,2009在100mL三口烧瓶中加人2.1g对氨基苯磺存在,由于-N(CH)2"的强供电子共轭效应,使二酸,0.8g亚硝酸钠和30mL水,三口烧瓶中口装电甲基苯胺中苯环上的电子云密度增加,有利于重氮动搅拌器,两侧口装滴液漏斗和回流冷凝管,开动离子对其进行亲电取代反应。因此,重氮离子一但搅拌至固体完全溶解。用量简量取1.3mLN ,N -生成,就立即与二甲基苯胺发生偶联而生成产二甲基苯胺,并用两倍体积乙醇洗涤量筒后一并物'1。加入滴液漏斗。边搅拌边慢慢滴加N ,N -二甲基HOs-O-N; + -O-spH一苯胺。滴加完毕继续搅拌20min, 再滴入3mL 1.0Hmol/L NaOH溶液，搅拌5min。将该混合物加热溶1os-< >-N---_- so,I 一解，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10mL乙醇洗涤产HOS-C >-NN-N1-_>-so,1 +I物，以促其快干,得橙红色片状晶体。干燥,称重得实验证明对氨基苯磺酸可以在常温下进行重产品5.3g,收率85%。氮化,并简化了实验步骤,缩短了合成时间。2结果与讨论(3)低温(0~5C)强酸性环境中反应分两步进行,操作复杂、反应条件不易控制,不利于偶联反2.1低温与常温制备甲基橙方法的对比应。且粗产品容易变质,尤其是加热溶解时容易变表|低温与常温合成甲基橙方法的对比成黑色物质。本文将甲基橙低温实验改为常温实Table 1 Comparion between two methods of syntbesizing methyl orangr,one is at room tenperature and the oher one is at low temperature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,反应现象易于观察。对氨基苯磺酸方法湿度/心时间/h对氨基N,N-二甲基 亚硝10mn/.氢贸 依盐冰与亚硝酸钠进行重氮化反应生成的重氮盐立即与苯磺胞/g苯胺/ml. 酸怕Vg 化钠/mL 酸/mlL 酸/N,N-二甲基苯胺发生偶联反应,从而减少了重氮1.0.825盐分解的可能性。得到的产品晶粒均匀、颜色鲜由表1数据说明,常温方法制备甲基橙时间艳,收率有所提高。短、节约试剂、收率高。2.3甲基 橙的红外光谱2.2结果分析对低温下合成的甲基橙和常温下合成的甲基(1)在一般的有机化学实验教材中l2],低温时橙作了红外光谱分析。100甲基橙的制备方法基本相同。首先将对氨基苯磺8酸碱化成水溶性较好的盐,然后在低温(0~ 5C)60强酸性环境中进行重氮化反应,制得的重氮盐于醋酸环境中与N,N-二甲基苯胺偶联经碱化中和制20得。低温重氮化时对氨基苯磺酸本身的酸性没有4000 3000 2000 15001000 500充分利用。常温时则充分利用了对氨基苯磺酸本圈1低温合成 甲基橙红外光谱身的酸性,在重氮化时不需要外加酸来形成含阴离Fig. 1 IR spectrum of methyl orange synthesized at low temperature子的重氮盐,利用其自身的磺酸基可形成重氮盐,00 r因而省去了外加酸、碱试剂,减少了酸碱的用量,降80|低了反应成本。(2)重氮化反应在低温(0~ 5C)强酸时二甲P基苯胺与酸发生下列反应:500+ r-0-围2常温合成甲薹橙红外光谱中国煤化Iiend a txm empernure由于-N(CH,)2*的强电子诱导作用,使苯环二基橙和常温方法制上的电子云密度降低,因而苯环上的亲电取代反应备白.MH.CN.M.HE为同一物质。如从.难度增大。在常温条件下,二甲基苯胺以游离形式图1和图2中可看出:3025cm-'处有吸收峰,是Ar化学与黏合2009年第31卷第I期CHEMISTRY AND ADHESION..77.-H和伸缩振动峰;1601cm-'有吸收峰,是苯环的苯磺酸本身的酸性来完成重氮化,省去了外加酸,骨架振动峰;在1575~1630cm-'应是N=N的吸收减少了原料的消耗,降低了反应成本,操作时便于峰,但与1601cm-I处大苯环的骨架振动峰叠加。控制温度,简化了实验步骤,缩短了实验时间,使收在813cm -1 , 842cm -1的吸收峰有对二取代的苯基率由原来的67%提高到85%,改进效果明显。存在;1362cm-'是C-N伸缩振动峰;1168 cm-'是参考文献:伸缩振动峰{4~5);由以上可以判断分子中含有[1] 复且大学化学 系有机化学教研室.有机化学实验[M].第二版.北京:高等教育出版社,2006 :203 ~204.Num.s-O-N=n-O()结构。两种方法所得产[2]初玉霞. 化学实验技术基础[M].北京:化学工业出版社，2002:162 ~ 163.物的谱图与标准谱图基本-致。[3] 张复兴. 常温合成甲基橙[J].衡阳师专学报:自然科学版，1994(3):31 ~33.3结论[4] 中西香尔P, 索罗曼H.红外光谱分析100例[ M].北京:科学出版社，,1984:41 ~42 ,61 -68.通过合成甲基橙的低温方法与常温方法的比[5] 黄一石 仪器分析[M].北京:化学工业出版社,2002:250 ~251.较得知,在常温下合成甲基橙可以充分利用对氨基(上接第74页)燃料的稳定性。利用HLB值调节复合表面活性剂2.2甲醇含量 此对甲醇混合燃料稳定性的影响的配比,最终确定在m( Span80)/m( Tween80)为4,德制:正丁醉围:秀面城控HLB值为6.2时混合燃料的稳定性最好。不同助表8.利为1值为的面活性剂对甲醇混合燃料的稳定性的影响也较大。实验确定正丁醇+油酸作为助表面活性剂使甲醇混合燃料体系最稳定。(2)甲醇与燃料油的配比直接影响甲醇混合燃料的稳定性,实验确定最佳配比m(甲醇)/m(燃料2油)为1:8。甲醇加入量g[1]李铁臻. 微乳化柴油配方及性能研究[ D].重庆:后勤工程学團3甲醇含 对甲醇混合燃料稳定性的影响院,2003:34 ~38.Fig. 3 The efeet of methanol content on[2]昊冠京. 车用清洁燃料[ M].北京:石油工业出版社，2004:33stability of methanol fuel oil system~39.由图3可知，当甲醇的加入量为1g时,甲醇与3]袁凤英. 甲醇-柴油微乳燃料工艺研究[J].华北工学院学报，燃料油能形成透明并且稳定时间较长的甲醇混合燃2004 ,25(2):125 ~ 127.料。[4]石光中,孙平,梅德清，等.微乳化生物柴油的制备及其稳定性2.3表 面活性剂加入量对甲醇混合燃料的影响研究[J].车用发动机,2007 ,6(3) :86 -88.由表2可以看出,当表面活性剂加人量达到0.4[s]田建文 张小林，赵磊.复配乳化剂制备乳化柴油的研究[J].南昌大学学报,2005 ,27(2):77 ~79.g时甲醇混合燃料的稳定时间最长。当加入量继续6]杨培志,赵德智 ,华东梅.柴油微乳液的配制[J].石油学报，增加时混合燃料的稳定性下降。2006.22(5) :80 -84.2.4不同 助剂对甲醇混合燃料稳定性的影响[7]王延平 ,赵德智,王雷,等.柴油微乳液的配制与应用[J].辽宁石油化工大学学报2004 ,24(3):14-17.醇类在微乳化过程中主要起3个作用5!:降低[8]谢洁,王锡斌. 柴油-甲醇微乳化燃料的制备及燃烧特性研究界面张力,降低界面刚性,增加界面膜的流动性,降[J].内燃机工程,2004 ,25(2):1 -5.低微乳液形成所需的弯曲能,使微乳液能自然形成，9]周庆辉,纪威，王冬冬利用生物柴油制取甲醇柴油微乳液及其热力学分析[J].拖拉机与农用运输车,2007 ,34(2):18 ~调节表面活性剂的HLB值,选择合适的助剂可以使22微乳液形成速度加快,制得的液滴更加均匀。[10] AHAMEDR. E- Diesel: A U. s. Experience on the Develop-表3中选用了C3、C4、C5三种醇类助溶剂，随[C]. The 14th Intenational Symposium on Alcohol Fuels (ISAF着碳链的增长,醇在柴油中的溶解度增加。正丁醇XIV ), Nov. 12 ~ I5, Thailand: Phuket, 2002.碳链长短适中,选用正丁醇作助溶剂比较适宜。[11]中国煤化工DieseVEthano( Deohol)! Formulation and PropertiesHC N M H Gnpoiuom on Alokol Fuele(ISAF XIV ), Nov. 12 ~15, Thailand: Phuket ,2002.(1)复合表面活性剂的配比直接影响甲醇混合