What is the first step in synthesizing luminol?

The first step is a condensation reaction between 3-nitrophthalic acid and hydrazine solution. During this reaction, the carboxylic acid groups are substituted with NH groups to produce 3-nitrophthalhydrazide and two water molecules. The mixture is heated to 210–220 °C to drive the reaction to completion.

Why is a fume hood required for luminol synthesis?

A fume hood is essential because the reactions produce toxic vapors and gases throughout the synthesis. Hydrazine, a key reactant, is highly toxic and flammable, requiring careful handling and ventilation. Working in a fume hood protects you from inhaling harmful fumes and prevents exposure to dangerous chemicals.

How does the second step convert 3-nitrophthalhydrazide to luminol?

Sodium dithionite reduces the nitro group of 3-nitrophthalhydrazide in a basic NaOH solution, producing 3-aminophthalhydrazide dianion. Acetic acid is then added to protonate the dianion, forming luminol. This reduction step transforms the yellow 3-nitrophthalhydrazide into the final luminol product as a yellow solid.

What causes the blue-green light emission in the chemiluminescence experiment?

When luminol is oxidized by ambient oxygen in the presence of potassium hydroxide and dimethyl sulfoxide, it forms excited 3-aminophthalate (3-APA). As this unstable complex relaxes to the ground state, it releases energy as blue-green light around 500 nm. This light emission from a chemical reaction is called chemiluminescence.

What happens when fluorescein is added to the luminol mixture?

Fluorescein, a fluorescent molecule, accepts energy directly from excited 3-APA through nonradiative energy transfer rather than allowing it to emit light. The excited fluorescein then emits yellow-green light when it relaxes. This creates a mixture that glows with both blue-green and yellow-green light contributions.

How is the solid luminol product collected after synthesis?

After the reduction reaction cools in an ice bath for 15 minutes, luminol precipitates as a yellow solid. Vacuum filtration is used to separate the solid from the liquid filtrate. The luminol is rinsed with cold water to remove impurities, then transferred to a beaker for storage or further use.

Why does the chemiluminescence light fade quickly during the experiment?

The light fades rapidly because both the oxidation of luminol and the relaxation of the excited 3-APA complex occur very quickly. As the reaction proceeds, oxygen in the flask is consumed, reducing the rate of oxidation. Shaking the flask vigorously accelerates the reaction and regenerates light until oxygen becomes depleted.

تخليق لومينول

0 مشاهدة03:02 دقيقة

عادة ، عندما تتغير المواد المتفاعلة إلى منتجات ، يعرف الاختلاف في طاقتها باسم المحتوى الحراري للتفاعل ، والذي يمكن أن يكون إما طاردا للحرارة ، حيث يتم إطلاق الحرارة ، أو ماص للحرارة ، حيث يتم امتصاص الحرارة.

في تفاعل كيميائي ، تشكل المواد المتفاعلة وسيطا ، وهو في حالة إثارة إلكترونيا. هذا الوسيط غير مستقر. عندما يرتاح إلى الحالة الأرضية ، تطلق الإلكترونات الموجودة في الوسيط الطاقة في انبعاث الضوء المرئي بدلا من الحرارة

هذه الظاهرة تشبه الفلورة. تذكر أن الإلكترونات في الجزيء تشغل الحالة الأرضية. عندما تمتص الطاقة ، كما هو الحال عند تعرضها لطول موجي معين من الضوء ، فإنها تصبح متحمسة وتنتقل إلى مستوى طاقة أعلى ومتحمس. عندما تسترخي الحالة المثارة مرة أخرى إلى الحالة الأرضية ، تنبعث الطاقة الزائدة على شكل ضوء مرئي.

ومع ذلك ، من المهم التمييز بين الاثنين. الفرق هو كيفية إثارة إلكترونات الجزيئات. في التلألؤ الكيميائي ، تثير الطاقة المتولدة من تفاعل كيميائي الإلكترونات ... بينما في التألق ، يتم إثارة الإلكترونات عن طريق الامتصاص المباشر للطاقة الضوئية أو الإشعاع الكهرومغناطيسي الآخر. عندما تسترخي الإلكترونات إلى الحالة الأرضية ، يطلق كلا النوعين من اللمعان الطاقة كضوء منبعث.

دعونا نلقي نظرة على مثال لكل منها. عندما تضيء ضوء الأشعة فوق البنفسجية على زجاجة من الماء المنشط ، فإن الإلكترونات ا

Print Procedure Steps

المصدر: لارا الحريري وأحمد باسابرين من جامعة ماساتشوستس أمهيرست ، ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية

توليف 3-Nitrophthalhydrazide
في هذا المختبر ، ستقوم بتصنيع 3-أمينوفثالهيدرازيد ، والذي يسمى أيضا اللمينول ، في عملية من خطوتين. الخطوة الأولى هي تفاعل التكثيف بين حمض 3-النتروفثاليك والهيدرازين.

خلال هذه الخطوة ، يتم استبدال مجموعات حمض الكربوكسيل بمجموعات NH لإنتاج 3-nitrophthalhydrazide وجزيئين من الماء. يجب أن تعمل في غطاء الدخان في جميع أنحاء هذا المختبر لأن التفاعلات تنتج أبخرة وغازات سامة.
- قبل أن تبدأ ، ارتد معطف المختبر ونظارات السلامة المقاومة للرذاذ وقفازات النتريل. ملاحظه: الهيدرازين شديد السمية وقابل للاشتعال ، لذا تجنب لمسه واحتفظ بأي شيء يحتوي على الهيدرازين مغلقا أو مغطى عند نقله بين أغطية الدخان.
- الآن قم بقياس 10 مل من الماء منزوع الأيونات واسكبه في قارورة Erlenmeyer سعة 25 مل. قم بتثبيت القارورة على طبق ساخن وضع مقياس حرارة فيها.
- ثم ابدأ في تسخين الماء. سترغب في أن تكون درجة حرارة الماء 80 درجة مئوية ، لذا اضبط إعداد اللوح الساخن على أعلى قليلا.
- أثناء تسخينه ، قم بإعداد موقد Bunsen تحت مشبك مثبت على حامل المختبر.
- احصل على أنبوب اختبار سعة 25 مل واضبط المشبك بحيث يحمل أنبوب الاختبار حوالي 5-7 سم فوق اللهب. ثم قم بإزالة أنبوب الاختبار وضعه في دورق سعة 400 مل.
- بمجرد أن يصل الماء إلى 80 درجة مئوية ، اضبط إعداد الحرارة للحفاظ على استقرار درجة الحرارة.
- ثم ، قم بوزن 0.6 جم من حمض 3-nitrophthalic في قارب وزن tared. صب حمض 3-nitrophthalic في أنبوب الاختبار الخاص بك. بعد ذلك ، أحضر أنبوب الاختبار وسدادة أنبوب الاختبار إلى غطاء المذيبات.
- استخدم الماصة الحجمية المتوفرة لقياس 0.9 مل من محلول الهيدرازين بنسبة 10٪ حجما/حجم بعناية ونقله إلى أنبوب الاختبار. تذكر أن تغطى زجاجة محلول الهيدرازين وتسد أنبوب الاختبار قبل العودة إلى غطاء المحرك.
- قم بتثبيت أنبوب الاختبار فوق موقد بنسن وقم بإزالة السدادة. بعد ذلك ، اسكب ~ 2 مل من ثلاثي إيثيلين جلايكول في أسطوانة متدرجة وضعها بعيدا عن الطريق في غطاء المحرك.
- الآن ، أضف 2 أو 3 رقائق غليان إلى أنبوب الاختبار. ضع مقياس حرارة عالي الحرارة في أنبوب الاختبار وأشعل موقد بنسن. سخني الخليط بنار متوسطة حتى يذوب حمض 3 نيتروفثاليك.
- ثم أضف ثلاثي إيثيلين جلايكول وزد حرارة اللهب. ملاحظه: بمجرد غليان الماء من محلول الهيدرازين ، ستستمر درجة الحرارة في الزيادة.
- عندما يصل خليط التفاعل إلى 210 درجة مئوية ، اخفض الحرارة واحتفظ بالخليط بين 210 درجة مئوية و 220 درجة مئوية لمدة 3-4 دقائق.
- ثم أطفئ اللهب وانتظر حتى يبرد الخليط إلى 100 درجة مئوية.
- قم بإيقاف تشغيل لوح التسخين ، وإزالة مقياس الحرارة ، وفك القارورة. استخدم الملقط لتثبيت القارورة وقياس 8 مل من الماء الساخن باستخدام الأسطوانة المتدرجة. صب هذا الماء الساخن في أنبوب الاختبار وإزالة مقياس الحرارة.
- احصل على قطعة من فيلم البارافين البلاستيكي وقم بتغطية فم أنبوب الاختبار. ثم استخدم الملقط لنقل أنبوب الاختبار إلى دورق الإمساك.
- في حوض المختبر ، أمسك أنبوب الاختبار تحت ماء الصنبور الجاري لتبريده ، مع الحرص على عدم السماح بدخول الماء.
- بعد ذلك ، جفف الجزء الخارجي من الأنبوب وأعده إلى غطاء المحرك. قم بتثبيت الأنبوب في وضع مستقيم وإزالة فيلم البارافين. دع 3-nitrophthalhydrazide الأصفر يترسب في الأنبوب لمدة 15 دقيقة.
- أثناء الانتظار ، أضف ~ 10 مل من الماء منزوع الأيونات إلى قارورة Erlenmeyer سعة 25 مل. قم بإعداد حمام جليدي في دورق سعة 250 مل وابدأ في تبريد الماء الموجود فيه.
- بعد ذلك ، قم بالإعداد للترشيح الفراغي باستخدام قارورة مرشح سعة 250 مل ، وقمع Büchner ، وقطعة من ورق الترشيح الدائري.
- بمجرد أن يترسب المنتج لمدة 15 دقيقة على الأقل ، احصل على ماصة باستور وبلل ورق الترشيح ببضع قطرات من الماء البارد.
- ثم قم بتشغيل المكنسة الكهربائية وصب محتويات أنبوب الاختبار في قمع Büchner. اشطف المادة الصلبة المتبقية في القمع ب 1-2 مل من الماء البارد.
- قم بإزالة رقائق الغليان بالملاقط واشطفها ببضع قطرات من الماء البارد لإنهاء جمع المنتج.
- قم بإيقاف تشغيل مضخة التفريغ بمجرد عدم تساقط المزيد من السائل في القارورة من القمع.
توليف فئة 3-Aminopthalhydrazide
في الخطوة الثانية من تخليق اللومينول ، ستقلل مجموعة النيترو المكونة من 3-نيتروفثالهيدرازيد باستخدام ثنائي ثيونيت الصوديوم في محلول أساسي من هيدروكسيد الصوديوم. سينتج هذا 3-أمينوفثالهيدرازيد ديانيون.

بعد التخفيض ، ستضيف حمض الأسيتيك لبروتونات الديانيون ، وتشكيل اللومينول. ثنائي ثيونيت الصوديوم شديد التفاعل ويتحلل بسرعة ، لذلك ستستخدم فائضا طفيفا منه. بعد التخفيض ، ستقوم ببروتونات الديانيون لومينول لتقليل قابليته للذوبان في الماء. أخيرا ، سوف ترسب وتجمع اللومينول كمادة صلبة صفراء.
- ضع أنبوب اختبار نظيف سعة 25 مل في دورق واستخدم ملعقة نظيفة لنقل 3-nitrophthalhydrazide إلى أنبوب الاختبار.
- ضع قمع Büchner جانبا وقم بتثبيت أنبوب الاختبار فوق موقد Bunsen. اترك قارورة الفلتر في مكانها لوقت لاحق.
- الآن ، استخدم أسطوانة متدرجة سعة 10 مل للحصول على 3 مل من حوالي 3 M هيدروكسيد الصوديوم. صب محلول هيدروكسيد الصوديوم في أنبوب الاختبار وحرك الخليط بقضيب زجاجي حتى يذوب 3-nitrophthalhydrazide.
- الآن ، قم بوزن 2 جم من ثنائي ثيونيت الصوديوم في قارب وزن tared وأضفه إلى أنبوب الاختبار. احصل على 3 مل من الماء منزوع الأيونات واسكبه في الأنبوب.
- قلب الخليط جيدا لإذابة أكبر قدر ممكن من المواد الصلبة. بعد ذلك ، أضف القليل من رقائق الغليان النظيفة إلى أنبوب الاختبار وأشعل موقد بنسن.
- سخني المزيج حتى يغلي على نار متوسطة ثم اتركيه يغلي لمدة 5 دقائق.
- أثناء الانتظار ، قم بقياس 1.5 مل من حمض الخليك الجليدي وأحضره إلى غطاء المحرك.
- بمجرد غليان خليط التفاعل لمدة 5 دقائق ، أغلق موقد بنسن وأضف حمض الأسيتيك إلى الأنبوب. دع الخليط يبرد إلى درجة حرارة الغرفة ، والتي تستغرق عادة من 10 إلى 15 دقيقة. في هذه الأثناء ، قم بإعداد حمام جليدي في دورق سعة 600 مل.
- بمجرد أن يبرد الخليط ، ضعه في الحمام الجليدي وانتظر 15 دقيقة حتى يترسب اللومينول.
- أعد تجميع إعداد الترشيح الفراغي باستخدام قمع Büchner نظيف وقطعة جديدة من ورق الترشيح ، وابدأ في تبريد 10 مل أخرى من الماء منزوع الأيونات في حمام جليدي.
- بمجرد أن يكون اللومينول في الحمام الجليدي لمدة 15 دقيقة على الأقل ، بلل ورق الترشيح بالماء البارد. ثم ، اجمع اللومينول الصلب عن طريق الترشيح الفراغي.
- استرجع رقائق الغليان واشطف اللومينول بمزيد من الماء البارد. بمجرد أن يتوقف السائل عن التنقيط من القمع ، قم بإيقاف تشغيل المكنسة الكهربائية ونقل اللومينول إلى دورق سعة 50 مل.
- الآن ، قم بإعداد المرشح المركب للتخلص منه. أولا ، قم بتسمية دورق سعة 250 مل "نفايات الهيدرازين والديثيونيت". انقل المرشح إلى الدورق واشطف القارورة بالماء منزوع الأيونات لإزالة الهيدرازين والديثيونيت المتبقية.
- بعد ذلك ، قم بتخفيف المرشح ب 10 مل من الماء منزوع الأيونات. ثم قم بقياس 10 مل من كربونات الصوديوم 1 متر وأضفها إلى المرشحات المجمعة.
- أحضر أسطوانة متدرجة سعة 50 مل إلى غطاء النفايات. قم بقياس 40 مل من هيبوكلوريت الصوديوم بنسبة 10٪ واسكبه في خليط الترشيح. ضع الدورق على الطبق الساخن ، وأضف قضيب التحريك ، وقم بتأمين مقياس حرارة في الدورق
- سخني الخليط إلى 50 درجة مئوية مع التحريك. يجب أن يظل الخليط عند 50 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة لأكسدة بقايا الهيدرازين والديثيونيت ، لذا تأكد من استقرار درجة الحرارة واضبط مؤقتا لمدة ساعة واحدة قبل بدء الجزء الأخير من المختبر.
chemiluminescence and Fluorescence
في الجزء الأخير من المختبر ، ستخلط بعضا من اللومينول الذي صنعته مع ثنائي ميثيل سلفوكسيد فوق هيدروكسيد البوتاسيوم الصلب. تقوم أيونات الهيدروكسيل بتفكيك البروتون لمجموعتي الأمين. بعد ذلك ، يؤكسد الأكسجين المحيط dianion luminol إلى 3-aminophthalate ، أو 3-APA ، في حالة مثارة. سوف يرتاح هذا المركب غير المستقر بسرعة إلى الحالة الأرضية ، ويطلق الطاقة كضوء مرئي. نظرا لأن 3-APA المثار كان نتاجا لتفاعل كيميائي ، فإن الضوء المنبعث يسمى التلألؤ الكيميائي.

بمجرد أن ترى التلألؤ الكيميائي من تفاعل الأكسدة ، ستضيف الفلورسين ، وهو جزيء فلورسنت ، إلى الخليط. ستقوم بعض 3-APA المتحمسة بنقل الطاقة مباشرة إلى الفلورسين بدلا من انبعاث الضوء ، مما يمنحك حلا بمركبين مختلفين ينبعث منها الضوء.
- الآن ، قم بقياس حوالي 0.2 جرام من اللومينول الذي صنعته وضعه في قارورة Erlenmeyer سعة 15 مل. لا بأس إذا كانت المادة الصلبة لا تزال رطبة.
- احصل على 5-7 حبيبات من هيدروكسيد البوتاسيوم واسكبها في القارورة. بعد ذلك ، أحضر القارورة والسدادة والأسطوانة المتدرجة سعة 10 مل إلى غطاء المذيبات.
- قم بقياس 2 مل من DMSO ، وأضفه إلى القارورة ، وقم بسدادته. ضع الأسطوانة المتدرجة في غطاء الدخان وأحضر القارورة إلى غرفة مظلمة.
- رج القارورة المتسقطة بقوة حتى ترى التلألؤ الكيميائي ثم ضع القارورة لأسفل. يتلاشى الضوء بسرعة لأن كلا من الأكسدة والاسترخاء عمليتان سريعتان.
- هز القارورة واترك الضوء يتلاشى من 6 إلى 10 مرات أخرى دون فتح القارورة. سوف يخفت الضوء تدريجيا مع استهلاك الأكسجين الموجود في القارورة. ملاحظه: لجعلها أكثر إشراقا ، اترك القارورة مفتوحة في غطاء الدخان لمدة دقيقة لتجديد الأكسجين.
- أغلق القارورة، والعودة إلى الغرفة المظلمة، وقم بهز القارورة مرة أخرى لرؤية التأثير.
- الآن ، قم بقياس 0.2 جرام من صبغة الفلورسين وأضفها إلى قارورتك. سدادة القارورة والعودة إلى الغرفة المظلمة. رج القارورة بقوة حتى يتوهج الخليط بشكل مشرق ثم ضعه لملاحظة الاختلاف في اللون عن اللومينول وحده.
- عند الانتهاء، تحقق من الترشيح. بمجرد أن تصل درجة الحرارة إلى 50 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة على الأقل ، قم بإيقاف تشغيل لوح التسخين وانتظر حتى يبرد الدورق إلى درجة حرارة الغرفة.
- بعد ذلك ، أضف حوالي 10 مل من ماء الصنبور إلى المرشح وقم بغسله في البالوعة.
- تخلص من النفايات الكيميائية والزجاجية المتبقية في الحاويات المناسبة ، ونظف الأواني الزجاجية والأدوات ، وتخلص من معدات المختبر.
Results
في ظل ظروف تفاعل الأكسدة ، ينبعث 3-APA المتحمس من الضوء الأزرق والأخضر في نطاق واسع حوالي 500 نانومتر عندما يرتاح ، ويتم إثارة الفلورسين عن طريق امتصاص الضوء عند 480-490 نانومتر و 515-525 نانومتر.

عند إضافة الفلورسين إلى خليط تفاعل أكسدة اللومينول ، يمكن ل 3-APA المتحمس نقل الطاقة التي يمتصها الفلورسين كضوء مباشرة إلى جزيء الفلورسين القريب في تفاعل خاص يسمى نقل الطاقة غير الإشعاعية. ينبعث الفلورسين المتحمس الناتج من ضوء أصفر وأخضر عندما يرتخي.

3-APA متحمس غير مستقر للغاية ، لذلك إذا لم يكن الفلورسين قريبا بما يكفي لنقل الطاقة غير الإشعاعية ، فسوف يرتاح عن طريق انبعاث الضوء كالمعتاد. وبالتالي ، فإن طيف المزيج المتوهج النهائي الخاص بك سيظهر مساهمات من كل من الضوء الأزرق والأخضر والأصفر والأخضر.