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.

Síntesis de luminol

Conceptos Preparación del instructor Protocolo del estudiante

0 vistas03:02 min

Normalmente, cuando los reactivos se convierten en productos, la diferencia en su energía se conoce como entalpía de la reacción, que puede ser exotérmica, donde se libera calor, o endotérmica, donde se absorbe el calor.

En una reacción quimioluminiscente, los reactivos forman un intermediario, que se encuentra en un estado excitado electrónicamente. Este intermediario es inestable. A medida que se relaja hasta el estado fundamental, los electrones en el intermedio liberan energía en la emisión de luz visible en lugar de en forma de calor.

Este fenómeno es similar a la fluorescencia. Recordemos que los electrones de una molécula ocupan el estado fundamental. Cuando absorben energía, como cuando se exponen a una cierta longitud de onda de luz, se excitan y pasan a un nivel de energía excitado más alto. A medida que el estado excitado se relaja hasta el estado fundamental, el exceso de energía se emite en forma de luz visible.

Sin embargo, es importante distinguir entre los dos. La diferencia es cómo se excitan los electrones de las moléculas. En la quimioluminiscencia, la energía generada a partir de una reacción química excita los electrones, mientras que en la fluorescencia, los electrones se excitan por absorción directa de energía luminosa u otra radiación electromagnética. A medida que los electrones se relajan hasta el estado fundamental, ambos tipos de luminiscencia liberan la energía en forma de luz emitida.

Echemos un vistazo a un ejemplo de cada uno. Cuando iluminas una botella de agua tónica con luz ultravioleta, los electrones de la quinina absorben la energía y se excitan a un nivel de energía más alto. Cuando los electrones se relajan, liberan energía en forma de luz azul.

Ahora, considere una barra luminosa, que tiene un tubo exterior que contiene oxalato de difenilo y un tinte, y un tubo interior que contiene peróxido de hidrógeno. Cuando doblas la barra luminosa, la cámara de aire se rompe, permitiendo que los reactivos se mezclen. El peróxido de hidrógeno oxida el oxalato de difenilo para formar fenol y peróxido cíclico. El peróxido cíclico se descompone en dióxido de carbono, liberando energía que excita el tinte a un nivel de energía más alto. A medida que el tinte se relaja hasta el estado fundamental, se libera un fotón de luz. Aquí, el proceso es quimioluminiscencia porque la energía proporcionada para excitar el tinte proviene de una reacción química.

En este laboratorio, sintetizará 3-aminoftalhidrazida, también conocida como luminol, mediante la realización de una serie de reacciones. A continuación, hará reaccionar el luminol con dimetilsulfóxido sobre hidróxido de potasio sólido para observar su quimioluminiscencia.

Print Procedure Steps

Fuente: Lara Al Hariri y Ahmed Basabrain en la Universidad de Massachusetts Amherst, MA, EE.UU

Síntesis de 3-Nitrofthalhydrazide
En este laboratorio, sintetizará 3-aminoftalhidrazida, que también se llama luminol, en un proceso de 2 pasos. El primer paso es una reacción de condensación entre el ácido 3-nitroftálico y la hidracina.

Durante este paso, los grupos ácido carboxílico se sustituyen por grupos NH para producir 3-nitroftalhidrazida y dos moléculas de agua. Debe trabajar en una campana extractora en todo este laboratorio porque las reacciones producen vapores y gases tóxicos.
- Antes de empezar, ponte una bata de laboratorio, gafas de seguridad a prueba de salpicaduras y guantes de nitrilo. nota: La hidracina es altamente tóxica e inflamable, así que evite tocarla y mantenga todo lo que contenga hidracina cerrado o cubierto cuando lo transporte entre las campanas extractoras.
- Ahora mida 10 mL de agua desionizada y viértala en un matraz Erlenmeyer de 25 mL. Sujete el matraz en una placa calefactora y coloque un termómetro en él.
- Luego, comienza a calentar el agua. Querrás que la temperatura del agua sea de 80 °C, así que ajusta la configuración de la placa calefactora a un nivel ligeramente más alto.
- Mientras se calienta, coloque un mechero Bunsen debajo de una abrazadera fijada en un soporte de laboratorio.
- Obtenga un tubo de ensayo de 25 ml y ajuste la pinza para que sostenga el tubo de ensayo a unos 5 – 7 cm por encima de la llama. Luego, retire el tubo de ensayo y colóquelo en un vaso de precipitados de 400 ml.
- Una vez que el agua alcance los 80 °C, ajuste la configuración de calor para mantener la temperatura estable.
- Luego, pesa 0,6 g de ácido 3-nitroftálico en un bote de pesaje tarado. Vierte el ácido 3-nitroftálico en el tubo de ensayo. A continuación, lleve el tubo de ensayo y un tapón de tubo de ensayo a la campana de disolvente.
- Utilice la pipeta volumétrica suministrada para medir cuidadosamente 0,9 mL de la solución de hidracina al 10% v/v y transfiérala al tubo de ensayo. Recuerde tapar el frasco de solución de hidracina y tapar el tubo de ensayo antes de volver a la campana.
- Sujeta el tubo de ensayo sobre el mechero Bunsen y retira el tapón. Luego, vierta ~ 2 ml de trietilenglicol en un cilindro graduado y colóquelo fuera del camino en su campana.
- Ahora, añade 2 o 3 chips hirviendo al tubo de ensayo. Coloque un termómetro de alta temperatura en el tubo de ensayo y encienda el mechero Bunsen. Calienta la mezcla a fuego medio hasta que el ácido 3-nitroftálico se disuelva.
- Luego, agregue el trietilenglicol y aumente el calor de la llama. nota: Una vez que el agua de la solución de hidracina se haya evaporado, la temperatura continuará aumentando.
- Cuando la mezcla de reacción alcance los 210 °C, baje el fuego y mantenga la mezcla entre 210 °C y 220 °C durante 3 – 4 min.
- Luego, apague la llama y espere a que la mezcla se enfríe a 100 °C.
- Apague la placa calefactora, retire el termómetro y suelte el matraz. Utilice pinzas para sujetar el matraz y mida 8 mL de agua caliente con el cilindro graduado. Vierte esta agua caliente en el tubo de ensayo y retira el termómetro.
- Obtenga un trozo de película plástica de parafina y cubra la boca del tubo de ensayo. A continuación, utilice unas pinzas para transferir el tubo de ensayo al vaso de precipitados.
- En un fregadero de laboratorio, sostenga el tubo de ensayo bajo el chorro de agua del grifo para enfriarlo, teniendo cuidado de no dejar que entre agua.
- Luego, seca el exterior del tubo y llévalo de vuelta a tu capó. Sujete el tubo en posición vertical y retire la película de parafina. Deje que la 3-nitroftalhidrazida amarilla precipite en el tubo durante 15 minutos.
- Mientras espera, agregue ~10 mL de agua desionizada a un matraz Erlenmeyer de 25 mL. Prepare un baño de hielo en un vaso de precipitados de 250 ml y comience a enfriar el agua que contiene.
- Luego, configure para la filtración al vacío utilizando un matraz de filtro de 250 ml, un embudo Büchner y un trozo de papel de filtro circular.
- Una vez que el producto haya precipitado durante al menos 15 min, obtenga una pipeta Pasteur y humedezca el papel de filtro con unas gotas de agua fría.
- Luego, enciende la aspiradora y vierte el contenido del tubo de ensayo en el embudo de Büchner. Enjuague el sólido restante en el embudo con 1 a 2 ml de agua fría.
- Retira las virutas hirviendo con unas pinzas y enjuágalas con unas gotas de agua fría para terminar de recoger el producto.
- Apague la bomba de vacío una vez que no gotee más líquido en el matraz desde el embudo.
Síntesis de 3-Aminopthalhydrazide
En el segundo paso de la síntesis de luminol, reducirá el grupo nitro de 3-nitroftalhidrazida utilizando ditionito de sodio en una solución básica de NaOH. Esto producirá 3-aminoftallhidrazida dianion.

Después de la reducción, añadirás ácido acético para protonar el dianión, formando luminol. El ditionito de sodio es altamente reactivo y se degrada rápidamente, por lo que usarás un ligero exceso. Después de la reducción, protonará el dianión luminol para disminuir su solubilidad en agua. Por último, precipitarás y recogerás luminol en forma de sólido amarillo.
- Coloque un tubo de ensayo limpio de 25 ml en un vaso de precipitados y use una espátula limpia para transferir su 3-nitroftalhidrazida al tubo de ensayo.
- Deje el embudo Büchner a un lado y sujete el tubo de ensayo sobre el mechero Bunsen. Deje el matraz de filtro en su lugar para más tarde.
- Ahora, use un cilindro graduado de 10 mL para obtener 3 mL de aproximadamente 3 M de NaOH. Vierta la solución de hidróxido de sodio en el tubo de ensayo y revuelva la mezcla con una varilla de vidrio hasta que la 3-nitroftalhidrazida se disuelva.
- Ahora, pesa 2 g de ditionito de sodio en un bote de pesaje tarado y añádelo al tubo de ensayo. Obtén 3 mL de agua desionizada y viértela en el tubo.
- Revuelve bien la mezcla para disolver la mayor cantidad de sólido que puedas. Luego, agregue algunas virutas hirviendo limpias al tubo de ensayo y encienda el mechero Bunsen.
- Calienta la mezcla hasta que hierva a fuego medio y luego déjala hervir durante 5 min.
- Mientras esperas, mide 1,5 mL de ácido acético glacial y llévalo a tu capucha.
- Una vez que la mezcla de reacción haya hervido durante 5 min, apague el mechero Bunsen y agregue el ácido acético al tubo. Deje que la mezcla se enfríe a temperatura ambiente, lo que generalmente toma de 10 a 15 minutos. Mientras tanto, prepare un baño de hielo en un vaso de precipitados de 600 ml.
- Una vez que la mezcla se haya enfriado, colóquela en el baño de hielo y espere 15 minutos para que el luminol precipite.
- Vuelva a montar la configuración de filtración al vacío utilizando un embudo Büchner limpio y un nuevo trozo de papel de filtro, y comience a enfriar otros 10 mL de agua desionizada en un baño de hielo.
- Una vez que el luminol haya estado en el baño de hielo durante al menos 15 min, humedezca el papel de filtro con agua fría. A continuación, recoja el luminol sólido mediante filtración al vacío.
- Recupera las patatas fritas hirviendo y enjuaga el luminol con más agua fría. Una vez que el líquido deje de gotear del embudo, apague la aspiradora y transfiera el luminol a un vaso de precipitados de 50 ml.
- Ahora, prepare el filtrado combinado para su eliminación. En primer lugar, etiquete un vaso de precipitados de 250 ml como "Residuos de hidracina y ditionita". Transfiera el filtrado al vaso de precipitados y enjuague el matraz con agua desionizada para eliminar los residuos de hidracina y ditionita.
- A continuación, diluya el filtrado con 10 mL de agua desionizada. A continuación, mida 10 mL de carbonato de sodio 1 M y añádalo a los filtrados combinados.
- Lleve un cilindro graduado de 50 ml a la campana de residuos. Mida 40 mL de hipoclorito de sodio al 10% y viértalo en la mezcla de filtrado. Coloque el vaso de precipitados en la placa calefactora, agregue una barra para revolver y asegure un termómetro en el vaso de precipitados.
- Calienta la mezcla a 50 °C mientras remueves. La mezcla debe permanecer a 50 °C durante 1 h para oxidar los restos de hidracina y ditionita, así que asegúrese de que la temperatura sea estable y configure un temporizador durante 1 h antes de comenzar la última parte del laboratorio.
Quimioluminiscencia y FluorescenciaExpandir
Para la última parte del laboratorio, mezclarás parte del luminol que hiciste con dimetilsulfóxido sobre hidróxido de potasio sólido. Los iones hidroxilo desprotonan los dos grupos aminas. Luego, el oxígeno ambiental oxida el dianión luminol a 3-aminoftalato, o 3-APA, en un estado excitado. Este complejo inestable se relajará rápidamente hasta el estado fundamental, liberando energía en forma de luz visible. Dado que el 3-APA excitado fue el producto de una reacción química, la luz emitida se denomina quimioluminiscencia.

Una vez que haya visto la quimioluminiscencia de la reacción de oxidación, agregará fluoresceína, una molécula fluorescente, a la mezcla. Algunos 3-APA excitados transferirán energía directamente a la fluoresceína en lugar de emitir luz, lo que le brinda una solución con dos compuestos emisores de luz diferentes.
- Ahora, mide aproximadamente 0,2 g del luminol que has hecho y colócalo en un matraz Erlenmeyer de 15 ml. No pasa nada si el sólido sigue húmedo.
- Obtenga de 5 a 7 gránulos de hidróxido de potasio y viértalos en el matraz. A continuación, acerque el matraz, un tapón y un cilindro graduado de 10 ml a la campana de disolvente.
- Mida 2 mL de DMSO, agréguelo al matraz y táchelo. Coloque el cilindro graduado en su campana extractora y lleve el matraz a una habitación oscura.
- Agite vigorosamente el matraz tapado hasta que vea quimioluminiscencia y luego baje el matraz. La luz se desvanece rápidamente porque tanto la oxidación como la relajación son procesos rápidos.
- Agita el matraz y deja que la luz se desvanezca 6 – 10 veces más sin abrir el matraz. La luz será progresivamente más tenue a medida que se consuma el oxígeno del matraz. nota: Para hacerlo más brillante, deje el matraz abierto en su campana extractora durante un minuto para reponer el oxígeno.
- Cierra el matraz, regresa a la habitación oscura y agita el matraz de nuevo para ver el efecto.
- Ahora, mida 0.2 g de colorante fluoresceína y agréguelo a su matraz. Tape el matraz y regrese a la habitación oscura. Agite el matraz vigorosamente hasta que la mezcla brille intensamente y luego colóquelo para observar la diferencia de color con el luminol solo.
- Cuando hayas terminado, revisa el filtrado. Una vez que haya estado a 50 °C durante al menos 1 hora, apague la placa calefactora y espere a que el vaso se enfríe a temperatura ambiente.
- Luego, añade unos 10 mL de agua del grifo al filtrado y tíralo por el desagüe.
- Deseche los residuos químicos y de vidrio restantes en los contenedores apropiados, limpie su cristalería y herramientas, y guarde su equipo de laboratorio.
Resultadosexpandir
En condiciones de reacción de oxidación, el 3-APA excitado emite luz azul-verde en un amplio rango de alrededor de 500 nm cuando se relaja, y la fluoresceína se excita absorbiendo luz a 480 – 490 nm y 515 – 525 nm.

Cuando se agrega fluoresceína a la mezcla de reacción de oxidación de luminol, el 3-APA excitado puede transferir energía que la fluoresceína absorbería como luz directamente a una molécula de fluoresceína cercana en una interacción especial llamada transferencia de energía no radiativa. La fluoresceína excitada resultante emite una luz amarilla-verde cuando se relaja.

El 3-APA excitado es muy inestable, por lo que si no hay fluoresceína lo suficientemente cerca para la transferencia de energía no radiativa, se relajará emitiendo luz como de costumbre. Por lo tanto, un espectro de su mezcla brillante final mostraría contribuciones de luz azul-verde y amarilla-verde.