Tecnología experimental diecisiete: preparación de naranja de metilo
Propósito experimental
(1) Familiarizarse con los principios de la reacción de diazotización y la reacción de acoplamiento.
(2) Dominar el método de preparación del naranja de metilo.
(3) Aprende a utilizar el baño de agua helada para controlar la temperatura.
(4) Consolidar operaciones como filtración por succión, recristalización y secado.
Principio experimental
El naranja de metilo es un indicador, que está compuesto por sal de diazonio del ácido p-aminobenceno sulfónico y acetato de N,N-dimetilanilina, en un estado débil. Se obtiene por acoplamiento en medio ácido. . Lo primero que se obtiene por acoplamiento es el naranja de metilo ácido de color rojo brillante, que se llama amarillo ácido. En el álcali, el amarillo ácido se convierte en una sal de sodio de color amarillo anaranjado, es decir, naranja de metilo.
Este experimento utiliza principalmente la reacción de diazotización de aminas primarias aromáticas y la reacción de acoplamiento de sales de diazonio (también conocida como reacción de acoplamiento). Dado que la materia prima, el ácido p-aminobencenosulfónico por sí mismo puede generar sales internas y es insoluble en ácidos inorgánicos, se utiliza el método de diazotización invertida, es decir, primero se disuelve el ácido p-aminobencenosulfónico en una solución de hidróxido de sodio y luego se agrega la cantidad requerida de nitrito de sodio. , luego agregue ácido clorhídrico diluido.
El proceso de reacción es el siguiente:
Constantes físicas
Ver Tabla 5-7.
Tabla 5-7 Constantes físicas de los principales reactivos y productos de reacción
Instrumentos y fármacos
1. Instrumentos
Bomba de vacío, embudo , Botella filtrante de succión, embudo Buchner, lámpara de alcohol, papel de filtro, soporte de hierro, anillo de hierro, cerillas, vaso de precipitados, termómetro, matraz de fondo redondo, embudo de decantación, vidrio de reloj.
2. Fármacos
Ácido P-aminobencenosulfónico dihidrato (0,01mol), N,N-dimetilanilina (0,01mol), nitrito de sodio (0,011mol), 10Solución de hidróxido de sodio, clorhídrico concentrado. ácido, ácido acético glacial, cloruro de sodio, solución saturada de cloruro de sodio.
Pasos experimentales
1. Preparación de sal de diazonio (reacción de diazotización)
Colocar 2,1 g de cristales de ácido p-aminobencenosulfónico en un vaso de precipitados de 100 ml (0,01 mol). , agregue 10 ml de solución de hidróxido de sodio, caliente para disolver en un baño de agua tibia y luego enfríe a temperatura ambiente.
Disuelva 0,8 g de nitrito de sodio en 6 ml de agua, agréguelo a la solución anterior y enfríelo a 0 ~ 5 ℃ en un baño de hielo.
Con agitación constante, agregue lentamente una solución de 3 ml de ácido clorhídrico concentrado y 10 ml de agua a la solución mixta anterior. Remueve mientras agregas gotas y controla la temperatura entre 0 y 5°C. Después del goteo, pruebe con papel de prueba de almidón y yoduro de potasio. El papel de prueba debe ser azul. Continúe agitando en el baño de hielo durante 15 minutos para completar la reacción, y se puede observar que precipitan sales de diazonio granulares finas de color blanco.
2. Acoplamiento
Mezclar 1,2g (1,3mL) de N,N-dimetilanilina y 1mL de ácido acético glacial en un tubo de ensayo, y añadir lentamente gota a gota a la solución preparada en el punto anterior. En la suspensión fría obtenida de sal de diazonio, mientras se agitaba vigorosamente, precipitó naranja de metilo de color rojo. Una vez completado el goteo, continúe revolviendo en el baño de hielo durante 10 minutos para completar el acoplamiento. Agregue de 13 a 15 ml de solución de hidróxido de sodio 10 al reactivo y revuelva hasta que se vuelva alcalino al papel tornasol y el naranja de metilo crudo cambie de rojo a naranja.
3. Salazón y filtración por succión
Retirar el vaso del baño de agua helada y devolverlo a temperatura ambiente. Añadir 5 g de NaCl, hervir en un baño de agua hirviendo durante aproximadamente 10 a 15 minutos con agitación constante, enfriar a temperatura ambiente y luego enfriar en un baño de hielo. Después de que todo el naranja de metilo se recristalice y precipite, se recogen los cristales mediante filtración por succión. Enjuague el vaso dos veces con solución saturada de NaCl, 10 ml cada vez, y utilice estos enjuagues para lavar el producto.
4. Recristalización
Pasar la torta de filtración y el papel de filtro a un vaso de precipitados lleno con 70 mL de agua caliente, calentarlo ligeramente y remover continuamente hasta que la torta de filtración esté casi por completo. disuelto, retire el papel de filtro, deje que la solución se enfríe a temperatura ambiente, luego enfríe nuevamente en un baño de hielo. Después de que todos los cristales de naranja de metilo precipiten, fíltrelo hasta sequedad. Después del secado, se pesa el producto y el rendimiento es de 2,3-2,5 g.
5. Prueba de rendimiento
Disolver un poco de producto en agua, añadir unas gotas de HCl diluido, luego neutralizar con solución diluida de NaOH y observar el cambio de color de la solución. Registrar fenómenos experimentales.
Puntos de operación y precauciones
(1) El ácido p-aminobenceno sulfónico utilizado en el experimento es dihidrato. Si se utiliza ácido p-aminobenceno sulfónico anhidro, solo se necesitan 1,7 g. Poder.
(2) El control de la temperatura de esta reacción es muy importante. Al preparar la sal de diazonio, la temperatura debe mantenerse por debajo de 5 ℃. Si la temperatura de la solución acuosa de la sal de diazonio aumenta, la sal de diazonio se hidrolizará para formar fenol, reduciendo el rendimiento.
(3) Si contiene acetato de N,N-dimetilanilina no utilizado, después de agregar hidróxido de sodio, habrá N,N-dimetilanilina que es insoluble en agua, lo que afecta la pureza.
(4) Dado que el producto es alcalino, se deteriorará fácilmente y adquirirá un color más oscuro a altas temperaturas. El producto de reacción no debe calentarse en el baño de agua durante demasiado tiempo (aproximadamente 5 minutos) y la temperatura no debe ser demasiado alta (60 ~ 80 ℃), de lo contrario el color se oscurecerá.
(5) Dado que los cristales del producto son finos, se debe evitar que el papel de filtro se rompa durante la filtración por succión (el embudo Buchner no debe estar demasiado apretado). El objetivo del lavado con etanol y éter es secarlo rápidamente. El naranja de metilo húmedo también se vuelve más claro cuando se expone a la luz solar. Generalmente se seca a 55-78°C. El producto resultante es una sal de sodio sin punto de fusión fijo y no es necesario determinarlo.
(6) El ácido paraaminobencenosulfónico es un compuesto anfótero, que es más ácido que alcalino y existe en forma de sal interna ácida. Sin embargo, cuando se lleva a cabo la reacción de diazotación, se debe llevar a cabo en una solución ácida. Por lo tanto, cuando se genera amoníaco, primero se hacen reaccionar el ácido p-aminobencenosulfónico y el álcali para formar una sal fina con mayor solubilidad en agua.
(7) En la reacción de diazotación, se genera HNO2 (NaNO2→─＋HCl HNO2+NaCl) cuando la solución se acidifica. Al mismo tiempo, el p-aminobencenosulfonato de sodio también se transforma en p-aminobencenosulfónico. ácido de la solución. Los precipitados granulares finos precipitan y reaccionan inmediatamente con HNO2 para sufrir una reacción de diazotización y generar sales de diazonio en polvo. Para diazotar completamente el ácido p-aminobencenosulfónico, es necesaria una agitación constante durante la reacción.
(8) Utilice papel de prueba de yoduro de almidón y potasio para realizar la prueba. Si el papel de prueba se muestra azul, indica HNO2 excesivo, es decir,
2HNO2→─+2KI+2HCl I2+2NO+2H2O+2KCl
El I2 precipitado y el almidón aparecen de color azul. En este momento se debe agregar una pequeña cantidad de urea para eliminar el exceso de HNO2. (Debido a que el HNO2 se puede oxidar y nitrosilar, demasiado HNO2 provocará una serie de reacciones secundarias).
Preguntas para pensar
(1) Diazo en este experimento ¿Por qué se debe preparar la sal? ¿Controlado de 0 a 5°C? ¿Por qué las reacciones de acoplamiento deberían realizarse en medios débilmente ácidos?
(2) Al recristalizar el naranja de metilo crudo, se lava con una pequeña cantidad de agua, etanol y éter en secuencia.
(3) ¿Qué reacción ocurrirá cuando la solución fría de sal de diazonio se vierta lentamente en la solución de ácido clorhídrico de cloruro cuproso recién preparada a baja temperatura? Escribe el nombre del producto.
(4) ¿Por qué el acoplamiento de N,N-dimetilanilina y sal de diazonio siempre ocurre en la posición para del grupo amino sustituido?
(5) ¿Qué es una reacción de acoplamiento? ¿Qué tipo de reacción es la reacción de acoplamiento? ¿Por qué siempre ocurren reacciones de acoplamiento entre sales de diazonio y fenoles o aminas aromáticas?
(6) Al preparar naranja de metilo, el ácido p-aminobencenosulfónico, que es insoluble en ácido, se diazota principalmente mediante el método de inversión. ¿Por qué es necesario agitar continuamente mientras se agrega lentamente una solución de ácido clorhídrico?
(7) Al preparar naranja de metilo, ¿está bien tener exceso de HNO2 durante el proceso de diazotización? ¿Cómo realizar una prueba de sobredosis? ¿Cómo eliminar el exceso de HNO2?