Курсовая работа. Бета-нафтолоранж. Научнопрактическая конференция Шаг в будущее нафтолоранж
 Скачать 84 Kb.
|
|
Министерство образования и науки РБ МОУ «Средняя общеобразовательная школа №32» г. Улан-Удэ Научно-практическая конференция «Шаг в будущее» -нафтолоранж
Улан-Удэ, 2009 Содержание
Введение Красители – химические соединения, обладающие способностью интенсивно поглощать и преобразовывать энергию электромагнитного излучения в видимой и в ближних ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра и применяемые для придания этой способности другим телам. Само слово «краситель» происхождением своим обязано А. Е. Порай – Кошицу. Отличительная особенность красителя - -способность пропитывать окрашиваемый материал (например, текстиль, бумагу, мех, волосы, кожу, древесину, пищу - -пищевые красители) и давать цвет по всему его объему[5]. В наше время красители широко используются в различных отраслях промышленности. В древние времена использование красителей было ограничено, так как краски, в основном, привозились из-за границы и стоили недешево. Именно поэтому приобрести краски могли только люди состоятельные. Развитие промышленности и появление новых технологий способствовало более быстрому, качественному и экономически выгодному производству красителей. Знакомство человека с красками и пигментами относится к временам глубокой древности. В качестве пигментов доисторический человек применял уголь, мел и некоторые цветные земли. Доказательством тому служат наскальные рисунки. Изучение памятников древнерусской письменности показывает, что русские мастера XI в. располагали уже большим ассортиментом пигментов. Лучшим свидетельством высокого качества пигментов, изготовлявшихся русскими мастерами, могут служить знаменитые иконы Ивана Рублева, написанные в XV в. красками исключительной яркости и прочности. Часть пигментов и красок, которыми пользовались русские мастера, поступала из-за рубежа, но значительная их часть добывалась и производилась на Руси. Развитие производства пигментов как отдельной отрасли промышленности начинается только в первой половине XVIII в. Ко второй половине XIX в. относится открытие способов получения органических красителей [1]. Группа азопигментов является доминирующей среди органических пигментов желтого, оранжевого и красного цветов. Азопигменты обладают чистым и ярким цветом, интенсивностью и устойчивостью к действию света, атмосферных явлений и многих реагентов, в том числе к действию органических растворителей и масел, в которых они частично растворяются. Азопигменты находят широкое применение для производства красок, эмалей, для окраски клеенки, линолеума, резины и др. Особое значение в практике приобрели азокраски, которые получают из нафталина. Открытие и введение в технику этих красок сделало нафталин важным и ценным продуктом. Его легко и в больших количествах получают из каменноугольной смолы. Оттенок цвета азокрасителей изменяется в зависимости от степени кислотности или щелочности среды. Некоторые азокрасители изменяют свою окраску при изменении реакции среды, что позволяет использовать их в качестве индикаторов. К азокрасителям, применяемым в качестве индикаторов, относятся метилоранж, конго красный, метилрот, 5-(п- нитрофенилазо)салициловая кислота. Широко распространенным оранжевым красителем является β-нафтолоранж, отличающийся сравнительной светопрочностью [2]. Целью работы является получение -нафтолоранжа и изучение его свойств. В задачи исследования входило: Изучение и анализ литературных данных по тематике исследования. Изучение механизма реакций диазотирования и азосочетания. Получение -нафтолоранжа. Изучение свойств -нафтолоранжа. Методы исследования В стакане емкостью 150 мл растворяли 2,5 г сульфаниловой кислоты в 6,5 мл 2 М раствора едкого натра и прибавляли раствор 1 г азотистокислого натрия в 12,5 мл воды. Далее при охлаждении льдом и помешивании полученный раствор приливали к 12,5 мл 4 н. раствора соляной кислоты. Через некоторое время выделялся белый пророшкообразный осадок соли диазония в виде биполярного иона. Полученный продукт не отделяли, а использовали в виде взвеси. Затем при комнатной температуре полученную взвесь n-диазобензолсульфокислоты приливали при помешивании к щелочному раствору β-нафтола (2 г в 25 мл 2 М едкого натра). Перемешивание продолжали в течение 30 минут. По истечении указанного времени происходила кристаллизация оранжево-желтых листочков красителя (натриевой соли). Для уменьшения растворимости красителя раствор насыщали хлористым натрием и оставляли его на льду 1 час. Выпавшие кристаллы отсасывали, промывали небольшим количеством холодной водой, сушили [2,3]. Результаты исследования Оранжевый азокраситель b-нафтолоранж получается сочетанием диазотированной сульфаниловой кислоты с β-нафтолом. Диазотированием называется реакция образования диазосоединений при действии на первичные амины азотистой кислоты в кислой среде. В водных растворах сульфаниловая кислота находится в виде внутренних солей: H2N – C4H6 – SO3H H3N+ – C4H6 – SO3- Поэтому диазотирование сульфаниловой кислоты начинали с подщелачивания раствора для того, чтобы освободить аминогруппу: H3N+ – C4H6 – SO3- + NaOH H2N – C4H6 – SO3Na Затем добавляли раствор азотистокислого натрия и соляную кислоту: H2N–C4H6–SO3Na + 2HCl + NaNO2 -SO3–C4H6–N+ N + 2NaCl + 2H2O Диазотирование может быть отнесено к реакциям электрофильного замещения, в которых действующим агентом является азотистая кислота или ее производные. В этом случае действие электрофильного агента направлено не на ароматическое кольцо, а на атом азота, в результате чего происходит замещение водорода в аминогруппе. Азотистая кислота в кислой среде дает несколько диазотирующих агентов, среди которых основным в сильно кислых средах является нитрозоний катион NO+. Образование катиона нитрозония может представить следующей схемой: H-O-N=O+H+H2O+-N=OH2O+N+=O При взаимодействии сульфаниловой кислотой и катиона нитрозония образуется нитрозоамин, который в кислой среде превращается в соль диазония. Взаимодействие диазотирующего агента с амином является самой медленной стадией, определяющей скорость всего процесса [2]: Для диазотирования сульфаниловой кислоты брали соляную кислоту в количестве 3,4 моль на 1 моль амина. Избыток минеральной кислоты необходим: Для получения азотистой кислоты: NaNO2 + HCl = HNO2 + NaCl; Для активации азотистой кислоты, образования диазотирующего агента – катиона нитрозония; Для образования солей диазония. Заключительным этапом получения азокрасителя является реакция азосочетания катиона диазония (диазобензолсульфокислоты) с β-нафтолом. Реакции азосочетания можно рассматривать как реакции электрофильного замещения водорода в ароматическом ядре амина. Электрофильным агентом в этой реакции служит катион диазония. Диазоний катион - очень слабый электрофил и поэтому он взаимодействует лишь с ароматическими соединенями, имеющими в ядре активирующие группы. Незамещенный бензол и его гомологи в реакцию азосочетания не вступают [4]. Общее уравнение получения β-нафтолоранжа можно представить следующим образом: При действии кислоты на β-нафтолоранж происходит перестройка одного из бензольных колец с образованием орто-хиноидного ядра: Ароматический амин (сульфаниловая кислота), подвергающийся диазотированию и превращающийся в катион диазония, называется диазосоставляющей красителя. β-нафтол, который сочетается с солью диазония, называется азосоставляющей красителя. Многие красители используются как индикаторы. В школьном курсе химии, наиболее часто применяется b-нафтолоранж. В нейтральном и щелочном растворе – желтый цвет. В кислой среде – оранжево – красная окраска. Это изменение цвета связано с превращением красителя из аниона, имеющего азоидное строение, в свободную кислоту, имеющую хиноидное строение. Следовательно, при изменении pH среды исчезает один хромофор (азогруппа) и появляется другой (хиноидная группа), соответственно, меняется окраска. Это превращение обратимо: при добавлении щелочи к красному метилоранжу снова образуется желтая форма красителя[4]. β-нафтолоранж, образовавшийся в результате азосочетания, кристаллизовался в щелочном растворе в виде оранжево-желтых листочков. Яркая окраска обусловлена группой – N = N –, которая наряду с хиноидным ядром ( ), является одним из сильных хромофоров. Цвет азокрасителей изменялся в зависимости от характера, числа и положения заместителей в молекуле, главным образом ОН– и NH2–групп (ауксохромных групп, углубляющих цвет и обеспечивающих сродство соединения окрашиваемого волокна) [2]. Оттенок цвета β-нафтолоранжа зависит от рН среды раствора. Краситель обладал ярко оранжевым цветом в кислой среде и желтым – в щелочной. В результате проведенного эксперимента был получен продукт оранжевого цвета массой 2,73 г. Выход β-нафтолоранжа составил 60,94% от теоретически возможного. Цвет красителя изменялся в зависимости от pH среды. Выводы 1. В результате проведенного синтеза был получен азокраситель β-нафтолоранж – продукт реакции сочетания дизотированной сульфаниловой кислоты с β-нафтолом. 2. Рассмотрен механизм реакции диазотирования аминов азотистой кислотой и реакции азосочетания катиона диазония с β-нафтолом. 3. Исследовано свойство β-нафтолоранжа - изменение окраски в зависимости от рН среды. 4. Рассчитан выход продукта, который равен 60,94% от теоретически возможного. Приложения Механизм реакций диазотирования и азосочетания. 1)Активация аминогруппы сульфаниловой кислоты: -SO3C4H6+NH3+NaOH→NaSO3C4H6NH2+H2O 2)Получение азотистой кислоты: NaNO2+HCl→HNO2+NaCl 3)Получение диазотирующего агента (катиона нитрозония): H-O-N=O+H+↔H2O+ -N=O↔H2O+N+=O 4)Взаимодействие катиона нитрозония с натриевой солью сульфониловой кислоты (получение соли диазония): 5)Получение β-нафтолоранжа (реакция азосочетания) : 6)Образование орто-хиноидного ядра: β-нафтолоранжа Общая схема получения β-нафтолоранжа. Расчет выхода продукта реакции (%): 1) 2) 3) Для получения β-нафтолоранжа использовали реактивы в следующих количествах: n(HSO3C4H6NH2)=0,0145 моль n(натриевой соли)=0,0130 моль n(NaNO2)=0,0145 моль n(HCl)0,05 моль n(β-нафтола) = 0,0139 моль n(NaOH в реакции № 1) = 0,013 моль n(NaOH в реакции № 2) =0,05 моль Согласно первому и второму уравнению реакции, мы должны были получить 0,013 моль соли диазония. По реакции № 3 количество β-нафтола составляет 0,013 моль. Следовательно, в результате проведенного синтеза мы должны были получить 4,55г красителя (m(β-нафтола) =n*M(β-нафтола) =0,013 моль*350г/моль Однако, на практике мы получили β-нафтол массой 2,73 г. следовательно,выход продукта реакции составил 60%. Список литературы Мишина К.В. Большая книга вопросов и ответов/ К.В. Мишина, А.Д. Зыкова – М.: изд-во ЭКСМО, 2002 г. – С. 40-43 Голодников Г.В. Практикум по органическому синтезу/ Г.В. Голодников, Т.В. Мандельштам. – М.: Изд-во Ленинградского университета, 1976. – С. 132 – 150. Теоретические основы и методы синтеза органических соединений/Л.Д. Раднаева, С.В. Жигжитжапова, Л.У. Базарон, Д.М. Могнонов, Н.В. Бодоев. – Улан-Удэ: изд-во БГУ, 2003 г. – С. 44-51. Вайзман Ф.Л. Основы органической химии/ Ф.Л. Вайзман -С-Пб.:Химия, 1995 г. 5. Волков А.И. большой химический справочник/ А. И.Волков – М.: изд – во Просвещение, 2002 г. – С. 158 – 159 |