КРАСИТЕЛИ. Эксперимент с ними

С интересным и важным разделом органической химии — синтезом красителей — учащиеся могут быть ознакомлены лишь на внеклассных занятиях. Причем это знакомство по необходимости ограничивается простейшими представителями класса азокрасителей.

При синтезе красителей учащиеся знакомятся с двумя новыми реакциями — диазотированием и азосочетанием.

Здесь нецелесообразно излагать теорию красящих веществ, поэтому мы ограничимся лишь следующими указаниями.

При действии азотистой кислоты на соли первичных аминов

образуются так называемые диазосоединения. Соответствующая реакция называется реакцией диазотирования, например

C₆H₅NH₂· HCI + HNO₂ à C₆H₅N₂CI + 2Н₂O

гидрохлорид хлорид

анилина фенилдиазония

Диазосоединения — вещества очень непрочные: при нагревании выше 3— 5°С они, как правило, разлагаются с выделением азота; поэтому получают их обычно в растворах и реакцию диазотирования ведут при охлаждении.

Диазосоединения легко вступают в реакции с другими веществами, например с аминами и фенолами. Так образуются азокрасители, а сама реакция называется азосочетанием.

Синтез диметиламиноазобензола. Судя по приведенной структурной формуле желтого красителя, он должен получаться в результате азосочетания хлорида фенилдиазония C₆H₅N₂CI с диметиланилином C₆H₅N(CH₃)₂:

Хлорид фенилдиазония, как указывалось выше, может быть получен действием азотистой кислоты на анилин. Практически вместо азотистой кислоты берут смесь соляной кислоты и нитрита натрия, при взаимодействии которых и образуется азотистая кислота.

Процесс выражается следующими уравнениями:

C₆H₅NH₂ + HCI à C₆H₅NH₂ · HCI

NaNO₂ + HCI à HNO₂ + NaCI

C₆H₅NH₂HCI + HNO₂ à C₆H₅N₂CI + H₂O

или суммарно:

C₆H₅NH₂ + NaNO₂ +2HCI à C₆H₅N₂CI + NaCI + 2H₂O

Из уравнения следует, что для успешного протекания данной реакции на 1 моль анилина требуется 1 моль нитрита натрия и 2 моля HCI.

Для нашего опыта количество веществ можно уменьшить, например, в двадцать раз, т.е. можно взять 5 г анилина, 4 г соли и такое количество соляной кислоты, в котором содержится 3,6 г хлороводорода.

В химическом стакане смешивают взятое количество анилина с 50 мл соляной кислоты, содержащей 3,6 г НС1 (для этого кислоту, уд. вес 1,19, предварительно разбавляют тремя объемами воды). Добавляют в стакан несколько кусочков льда, а сам стакан ставят в воду со льдом. После того как полученный раствор охладится (температура его должна быть около 5°С), к нему при тщательном размешивании добавляют понемногу из капельной воронки указанное выше количество нитрита натрия в виде концентрированного водного раствора (предварительно также охлажденного). Нитрит натрия с избытком соляной кислоты дает азотистую кислоту, которая и диазотирует анилин. В растворе образуется хлорид фенилдиазония.

Полноту диазотирования анилина можно проверить иодокрах-мальной бумажкой: если анилин продиазотирован весь, то избыток азотистой кислоты выделит (окислит) иод из иодида калия и бумажка посинеет. Пробы производят через 2—3 мин после прибавления нитрита натрия. Если бумажка не синеет, добавляют еще немного раствора соли.

Для получения красителя к приготовленному раствору хлорида фенилдиазония приливают теоретическое количество диметилани-лина. Образуется краситель желтого цвета. Его отделяют от раствора и оформляют для коллекции.

Синтез гелиантина (метилоранжа). Чтобы азокрасители лучше растворялись в воде, их получают часто не из анилина, а из сульфаниловой кислоты

В первой стации синтеза данного красителя диазотируют сульфаниловую кислоту, а на второй стадии проводят азосочетание полученного вещества с диметиланилином. При этом образуется хорошо известный индикатор метилоранж

По аналогии с предыдущим нетрудно видеть, что сульфаниловая кислота, нитрит натрия и диметиланилин реагируют в эквимолекулярных отношениях. Если для опыта взять по 0,05 моля веществ и притом учесть, что сульфаниловая кислота кристаллизуется с двумя молекулами воды, то потребуется 10,5 г сульфаниловой кислоты, 4 г нитрита натрия и 6 г диметиланилина.

Навеску сульфаниловой кислоты растворяют в 25 мл 2 М раствора гидроксида натрия {2 г NaOH в 25 мл раствора). В этом же растворе затем растворяют навеску нитрита натрия. После этого раствор охлаждают льдом и приливают к 25 мл 2 М раствора соляной кислоты, охлаждаемого льдом (кроме наружного охлаждения кусочки льда могут быть помещены в раствор).

Рассчитанное количество диметиланилина растворяют в 5 мл 1 М соляной кислоты, охлаждают льдом и к охлажденному раствору приливают полученный выше раствор диазобензолсульфокислоты. Происходит образование красителя. Приливают еще раствор гидроксида натрия до сильнощелочной реакции. Из раствора выделяется натриевая соль красителя в виде оранжево-коричневых лепесткообразных кристалликов. Через несколько часов краситель отфильтровывают, промывают на воронке 25 мл воды, тщательно отжимают на фильтровальной бумаге и сушат в фарфоровой чашке на водяной бане.

Гелиантином можно окрасить образец шерсти или шелка. В химический стакан наливают раствор гелиантина, прибавляют несколько капель соляной кислоты, погружают в раствор окрашиваемый образец и кипятят жидкость, помешивая палочкой. Затем окрашиваемый материал промывают водой и сушат.

Гелиантин под именем метилоранжа известен как индикатор. В кислой среде он окрашивается в розовый цвет, в нейтральной и щелочной — в желтый. Изменение окраски легко заметить, если немного красителя растворить в подкисленной воде и затем нейтрализовать раствор щелочью.

АМИДЫ КИСЛОТ

Изучение амидов включено в школьную программу органической химии в целях ознакомления учащихся с важнейшим представителем этого класса соединений — карбамидом (мочевиной), на-

ходящим все более широкое применение в сельском хозяйстве (в качестве азотного удобрения, для скармливания жвачным животным) и в промышленном органическом синтезе (получение полимеров). Общие сведения о данном классе соединений ограничиваются почти исключительно рассмотрением строения амидов как аминопроизводных карбоновых кислот. Весь фактический экспериментальный материал темы относится полностью к карбамиду.