甲基橙(实验室酸碱指示剂)的制备-学生用

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