סינתזה של לומינול

מקור: לארה אל חרירי ואחמד בסבריין באוניברסיטת מסצ'וסטס אמהרסט, מסצ'וסטס, ארה"ב

1. Synthesis of 3-NitrophthalhydrazideExpand

   במעבדה זו, תוכלו לסנתז 3-aminophthalhydrazide, אשר נקרא גם luminol, בתהליך 2 שלבים. השלב הראשון הוא תגובת עיבוי בין חומצה 3-ניטרופתלית להידרזין.

   במהלך שלב זה, קבוצות החומצה הקרבוקסילית מוחלפות בקבוצות NH כדי לייצר 3-nitrophthalhydrazide ושתי מולקולות מים. אתה חייב לעבוד במכסה אדים ברחבי המעבדה הזו מכיוון שהתגובות מייצרות אדים וגזים רעילים.

   • לפני שתתחילו, לבשו מעיל מעבדה, משקפי בטיחות חסיני התזה וכפפות ניטריל. הערה: הידרזין הוא רעיל מאוד ודליק, לכן הימנעו מלגעת בו ושמרו על כל דבר המכיל הידרזין סגור או מכוסה כשאתם מעבירים אותו בין מנדפים.
   • כעת מדדו 10 מ"ל מים שעברו דה-יוניזציה ושפכו אותם לצלוחית Erlenmeyer של 25 מ"ל. מהדקים את הבקבוק על צלחת חמה ומניחים בו מדחום.
   • לאחר מכן, התחילו לחמם את המים. תרצו שטמפרטורת המים תהיה 80 מעלות צלזיוס, לכן כוונו את הגדרת הפלטה החמה למעט גבוהה יותר.
   • בזמן שהוא מתחמם, התקינו מבער Bunsen מתחת למהדק הקבוע על מעמד מעבדה.
   • יש להצטייד במבחנה של 25 מ"ל ולכוונן את המהדק כך שיחזיק את המבחנה כ-5-7 ס"מ מעל הלהבה. לאחר מכן, הסר את המבחנה והנח אותה בכד 400 מ"ל.
   • ברגע שהמים מגיעים ל-80°C, התאימו את הגדרת החום כדי לשמור על טמפרטורה יציבה.
   • לאחר מכן, שקלו 0.6 גרם של חומצה 3-nitrophthalic בסירת שקילה זפת. שפכו את החומצה 3-ניטרופתלית למבחנה. לאחר מכן, הביאו את המבחנה ואת פקק המבחנה למכסה המנוע הממס.
   • השתמש בפיפטה נפחית שסופקה כדי למדוד בזהירות 0.9 מ"ל של תמיסת הידרזין 10% v/v והעבר אותה למבחנה. זכור לסגור את בקבוק תמיסת ההידרזין ולעצור את המבחנה לפני שתחזור למכסה המנוע.
   • הידקו את המבחנה מעל מבער Bunsen והוציאו את הפקק. לאחר מכן, שפכו ~ 2 מ"ל של טריאתילן גליקול לתוך גליל מדורג והניחו אותו מהדרך במכסה המנוע שלכם.
   • עכשיו, להוסיף 2 או 3 שבבים רותחים למבחנה. מניחים מדחום בטמפרטורה גבוהה במבחנה ומציתים את מבער הבונזן. מחממים את התערובת עם להבה בינונית עד שהחומצה 3-ניטרופתלית מתמוססת.
   • לאחר מכן, מוסיפים את הטריאתילן גליקול ומגבירים את חום הלהבה. הערה: ברגע שהמים מתמיסת ההידרזין רותחים, הטמפרטורה תמשיך לעלות.
   • כאשר תערובת התגובה מגיעה ל-210°C, הנמיכו את האש ושמרו על התערובת בין 210°C ל-220°C למשך 3-4 דקות.
   • לאחר מכן, כבו את הלהבה והמתינו עד שהתערובת תתקרר ל-100°C.
   • כבו את הפלטה החשמלית, הסירו את המדחום ושחררו את הצלוחית. השתמש במלקחיים כדי להחזיק את הבקבוק ולמדוד 8 מ"ל של מים חמים עם גליל מדורג. יוצקים את המים החמים האלה לתוך המבחנה ולהסיר את המדחום.
   • השג חתיכת סרט פרפין מפלסטיק וכסה את פי המבחנה. לאחר מכן, השתמש במלקחיים כדי להעביר את המבחנה לכד המחזיק.
   • בכיור מעבדה, החזיקו את המבחנה מתחת למי ברז זורמים כדי לקרר אותה, והיזהרו שלא להכניס אליה מים.
   • לאחר מכן, יבשו את החלק החיצוני של הצינור והחזירו אותו למכסה המנוע. מהדקים את הצינור זקוף ומסירים את סרט הפרפין. תן צהוב 3-nitrophthalhydrazide לשקוע בצינור במשך 15 דקות.
   • בזמן שאתה ממתין, הוסף ~ 10 מ"ל של מים נטולי יונים, לצלוחית Erlenmeyer של 25 מ"ל. הכינו אמבטיית קרח בכוס של 250 מ"ל והתחילו לקרר את המים שבה.
   • לאחר מכן, הגדירו סינון ואקום באמצעות בקבוק מסנן של 250 מ"ל, משפך Büchner ופיסת נייר מסנן עגול.
   • לאחר שהמוצר שקע במשך 15 דקות לפחות, השיגו פיפטה של פסטר והרטיבו את נייר הסינון בכמה טיפות מים קרים.
   • לאחר מכן, הפעל את הוואקום ושפך את תוכן המבחנה לתוך משפך Büchner. שטפו את המוצק הנותר לתוך המשפך עם 1 – 2 מ"ל מים קרים.
   • מוציאים את הצ'יפס הרותח בפינצטה ושוטפים אותם בכמה טיפות מים קרים לסיום איסוף המוצר.
   • כבו את משאבת הוואקום ברגע שלא מטפטפים עוד נוזלים לבקבוק מהמשפך.
2. Synthesis of 3-AminopthalhydrazideExpand

   בשלב השני של סינתזת הלומינול, תפחית את קבוצת הניטרו של 3-nitrophthalhydrazide באמצעות נתרן dithionite בתמיסה בסיסית של NaOH. זה ייצור 3-aminophthalhydrazide dianion.

   לאחר ההפחתה תוסיפו חומצה אצטית כדי ליצור פרוטונציה של הדיאניון, מה שיוצר לומינול. נתרן דיתיוניט הוא תגובתי מאוד ומתפרק במהירות, כך שתשתמשו בעודף קל ממנו. לאחר ההפחתה, תעשו פרוטונציה לדיאניון הלומינול כדי להפחית את המסיסות שלו במים. לבסוף, תוכלו לזרז ולאסוף לומינול כמוצק צהוב.

   • מניחים מבחנה נקייה של 25 מ"ל בכד ומשתמשים במרית נקייה כדי להעביר את 3-nitrophthalhydrazide למבחנה.
   • הניחו את משפך Büchner בצד והדקו את המבחנה מעל מבער Bunsen. השאירו את בקבוק המסנן במקומו למועד מאוחר יותר.
   • כעת, השתמש בגליל מדורג של 10 מ"ל כדי לקבל 3 מ"ל של כ- 3 M NaOH. יוצקים את תמיסת הנתרן הידרוקסיד לתוך המבחנה ומערבבים את התערובת עם מוט זכוכית עד 3-nitrophthalhydrazide מתמוסס.
   • כעת, שקלו 2 גרם נתרן דיתיוניט בסירת שקילה זפת והוסיפו אותו למבחנה. להשיג 3 מ"ל של מים deionized ויוצקים אותו לתוך הצינור.
   • מערבבים היטב את התערובת כדי להמיס כמה שיותר מהמוצק. לאחר מכן, הוסיפו כמה שבבי רתיחה נקיים למבחנה והציתו את מבער הבונזן.
   • מחממים את התערובת לרתיחה על להבה בינונית ואז נותנים לה להרתיח במשך 5 דקות.
   • בזמן שאתם מחכים, מדדו 1.5 מ"ל של חומצה אצטית קרחונית והביאו אותה למכסה המנוע שלכם.
   • לאחר שתערובת התגובה רתחה במשך 5 דקות, כבו את מבער הבונזן והוסיפו את החומצה האצטית לצינור. מצננים את התערובת לטמפרטורת החדר, מה שבדרך כלל לוקח 10-15 דקות. בינתיים, להכין אמבט קרח בכוס 600 מ"ל.
   • לאחר שהתערובת התקררה, הניחו אותה באמבט הקרח והמתינו 15 דקות עד שהלומינול יזרז.
   • הרכיבו מחדש את מערך סינון הוואקום באמצעות משפך Büchner נקי ופיסת נייר סינון חדשה, והתחילו לקרר עוד 10 מ"ל של מים נטולי יונים.
   • ברגע שהלומינול היה באמבט הקרח לפחות 15 דקות, הרטיבו את נייר הסינון במים קרים. לאחר מכן, לאסוף את לומינול מוצק על ידי סינון ואקום.
   • שלפו את השבבים הרותחים ושטפו את הלומינול במים קרים יותר. ברגע שהנוזל מפסיק לטפטף מהמשפך, כבו את השואב והעבירו את הלומינול למיכל של 50 מ"ל.
   • כעת, הכינו את התסנין המשולב לסילוק. ראשית, תייגו בנפח 250 מ"ל כ"פסולת הידרזין ודיתיוניט". מעבירים את התסנין לכוס ושוטפים את הבקבוק במים נטולי יונים, כדי להסיר שאריות הידרזין ודיתיוניט.
   • לאחר מכן, לדלל את התסנין עם 10 מ"ל של מים deionized. לאחר מכן, למדוד 10 מ"ל של 1 M נתרן פחמתי ולהוסיף אותו תסנין משולב.
   • הביאו גליל מדורג של 50 מ"ל למכסה המנוע. למדוד 40 מ"ל של 10% hypochlorite נתרן ויוצקים אותו לתוך תערובת תסנין. מניחים את הכד על הפלטה החמה, מוסיפים מוט ערבוב ומצמידים מדחום לכוסית.
   • מחממים את התערובת ל-50°C תוך כדי ערבוב. התערובת חייבת להישאר בטמפרטורה של 50°C למשך שעה אחת כדי לחמצן שאריות הידרזין ודיתיוניט, לכן ודאו שהטמפרטורה יציבה וכוונו טיימר למשך שעה לפני תחילת החלק האחרון של המעבדה.
3. Chemiluminescence and FluorescenceExpand

   בחלק האחרון של המעבדה, תערבבו חלק מהלומינול שהכנתם עם דימתיל סולפוקסיד על אשלגן הידרוקסידי מוצק. יוני ההידרוקסיל מפרקים את שתי קבוצות האמינים. לאחר מכן, חמצן הסביבה מחמצן את דיאניון הלומינול ל-3-אמינופתאלט, או 3-APA, במצב מעורר. קומפלקס לא יציב זה יירגע במהירות למצב הקרקע, וישחרר אנרגיה כאור נראה. מאחר שה-3-APA הנרגש היה תוצר של תגובה כימית, האור הנפלט נקרא כימילומינסנציה (chemiluminescence).

   לאחר שראיתם את הכימילומינסנציה מתגובת החמצון, תוסיפו פלואורסצאין, מולקולה פלואורסצנטית, לתערובת. חלק מה-3-APA הנרגש יעביר אנרגיה ישירות לפלואורסצאין במקום לפלוט אור, וייתן לכם פתרון עם שתי תרכובות פולטות אור שונות.

   • כעת, מדדו כ-0.2 גרם של הלומינול שהכנתם והניחו אותו בצלוחית ארלנמאייר בנפח 15 מ"ל. זה בסדר אם המוצק עדיין לח.
   • להשיג 5 – 7 כדורים של אשלגן הידרוקסידי ולשפוך אותם לתוך הצלוחית. לאחר מכן, הביאו את הצלוחית, פקק וצילינדר מדורג של 10 מ"ל למכסה המנוע הממס.
   • למדוד 2 מ"ל של DMSO, להוסיף אותו לצלוחית, ולעצור אותו. הכניסו את הצילינדר המדורג למכסה האדים שלכם והביאו את הבקבוק לחדר חשוך.
   • נערו את הבקבוק העצור במרץ עד שתראו כימילומינסנציה ואז הניחו את הבקבוקון. האור דוהה במהירות מכיוון שגם החמצון וגם ההרפיה הם תהליכים מהירים.
   • נערו את הבקבוק ותנו לאור לדהות 6-10 פעמים נוספות מבלי לפתוח את הצלוחית. האור יהיה עמום יותר ויותר ככל שהחמצן בבקבוק נצרך. הערה: כדי להפוך אותו בהיר יותר, השאירו את הבקבוק פתוח במכסה האדים למשך דקה כדי לחדש את החמצן.
   • סגרו את הצלוחית, חזרו לחדר החשוך ונערו שוב את הבקבוק כדי לראות את האפקט.
   • כעת, מדדו 0.2 גרם של צבע פלואורסצאין והוסיפו אותו לצלוחית. עצרו את הבקבוק וחזרו לחדר החשוך. נערו את הבקבוק במרץ עד שהתערובת זוהרת בבהירות ואז הניחו אותה כדי להבחין בהבדל בצבע מלומינול בלבד.
   • כשתסיים, בדוק את התסנין. ברגע שהוא היה ב 50 ° C לפחות 1 שעה, לכבות את הפלטה החמה ולחכות להתקרר לטמפרטורת החדר.
   • לאחר מכן, הוסיפו כ-10 מ"ל מי ברז לתסנין ושטפו אותו במורד הניקוז.
   • השליכו את שאריות הפסולת הכימית והזכוכית במיכלים המתאימים, נקו את כלי הזכוכית וכלי העבודה שלכם והניחו בצד את ציוד המעבדה.
4. ResultsExpand

   בתנאי תגובת החמצון שלך, 3-APA מעורר פולט אור כחול-ירוק בטווח רחב סביב 500 ננומטר כאשר הוא נרגע, ופלואורסצאין מעורר על ידי בליעת אור ב 480 – 490 ננומטר ו 515 – 525 ננומטר.

   כאשר מוסיפים פלואורסצאין לתערובת תגובת החמצון של לומינול, 3-APA מעורר יכול להעביר אנרגיה שהפלואורסצאין יספוג כאור ישירות למולקולת פלואורסצאין סמוכה באינטראקציה מיוחדת הנקראת העברת אנרגיה לא קרינתית. הפלואורסצאין הנרגש שנוצר פולט אור צהוב-ירוק כאשר הוא נרגע.

   3-APA מעורר הוא מאוד לא יציב, כך שאם אין פלואורסצאין קרוב מספיק להעברת אנרגיה לא קרינה, הוא יירגע על ידי פליטת אור כרגיל. לכן, ספקטרום של התערובת הזוהרת הסופית שלכם יראה תרומות הן מאור כחול-ירוק והן מאור צהוב-ירוק.