Sintesi del Luminol

Fonte: Lara Al Hariri e Ahmed Basabrain presso l'Università del Massachusetts Amherst, MA, USA

1. Sintesi del 3-nitroftalidrazideExpand

   In questo laboratorio, sintetizzerai la 3-amminoftalidrazide, chiamata anche luminolo, in un processo in 2 fasi. Il primo passo è una reazione di condensazione tra l'acido 3-nitroftalico e l'idrazina.

   Durante questa fase, i gruppi dell'acido carbossilico vengono sostituiti con i gruppi NH per produrre 3-nitroftalidrazide e due molecole d'acqua. È necessario lavorare in una cappa aspirante in tutto questo laboratorio perché le reazioni producono vapori e gas tossici.

   • Prima di iniziare, indossa un camice da laboratorio, occhiali di sicurezza a prova di schizzi e guanti in nitrile. nota: L'idrazina è altamente tossica e infiammabile, quindi evita di toccarla e tieni chiuso o coperto tutto ciò che contiene idrazina quando lo trasporti tra le cappe aspiranti.
   • Ora misura 10 ml di acqua deionizzata e versala in un pallone di Erlenmeyer da 25 ml. Fissare il pallone su una piastra calda e posizionarvi un termometro.
   • Allora, inizia a riscaldare l'acqua. La temperatura dell'acqua deve essere di 80 °C, quindi impostare l'impostazione della piastra riscaldante su un valore leggermente superiore.
   • Mentre riscalda, installa un bruciatore Bunsen sotto un morsetto fissato su un supporto da laboratorio.
   • Procurati una provetta da 25 ml e regola il morsetto in modo che mantenga la provetta a circa 5 – 7 cm sopra la fiamma. Quindi, rimuovere la provetta e metterla in un becher da 400 ml.
   • Una volta che l'acqua raggiunge gli 80 °C, regola l'impostazione del calore per mantenere stabile la temperatura.
   • Allora, pesa 0,6 g di acido 3-nitroftalico in una barca di pesatura tarata. Versare l'acido 3-nitroftalico nella provetta. Quindi, portare la provetta e un tappo per provette sulla cappa del solvente.
   • Usa la pipetta volumetrica fornita per misurare attentamente 0,9 ml della soluzione di idrazina al 10% v/v e trasferiscila nella provetta. Ricordati di tappare il flacone della soluzione di idrazina e di tappare la provetta prima di rimetterla nel cappuccio.
   • Fissa la provetta sopra il bruciatore Bunsen e rimuovi il tappo. Quindi, versare ~2 ml di glicole trietilenico in un cilindro graduato e posizionarlo in modo che non sia d'intralcio nella cappa.
   • Ora, aggiungi 2 o 3 patatine bollenti alla provetta. Metti un termometro ad alta temperatura nella provetta e accendi il bruciatore Bunsen. Scaldare il composto a fuoco medio fino a quando l'acido 3-nitroftalico non si scioglie.
   • Allora, aggiungi il glicole trietilenico e aumenta il calore della fiamma. nota: Una volta che l'acqua della soluzione di idrazina è bollita, la temperatura continuerà ad aumentare.
   • Quando la miscela di reazione raggiunge i 210 °C, abbassa il fuoco e mantieni la miscela tra 210 °C e 220 °C per 3 – 4 minuti.
   • Allora, spegni la fiamma e attendi che la miscela si raffreddi a 100 °C.
   • Spegni la piastra, rimuovi il termometro e sblocca la fiaschetta. Utilizzare le pinze per tenere il pallone e misurare 8 ml di acqua calda con il cilindro graduato. Versare l'acqua calda nella provetta e rimuovere il termometro.
   • Prendi un pezzo di pellicola di paraffina di plastica e copri l'imboccatura della provetta. Quindi, utilizzare le pinze per trasferire la provetta nel becher di supporto.
   • In un lavandino da laboratorio, tieni la provetta sotto l'acqua corrente del rubinetto per raffreddarla, facendo attenzione a non far entrare l'acqua.
   • Allora, asciuga l'esterno del tubo e riportalo nel tuo cappuccio. Bloccare il tubo in posizione verticale e rimuovere la pellicola di paraffina. Lasciare precipitare la 3-nitroftalidrazide gialla nella provetta per 15 minuti.
   • Mentre aspetti, aggiungi ~10 ml di acqua deionizzata a un pallone di Erlenmeyer da 25 ml. Preparare un bagno di ghiaccio in un becher da 250 ml e iniziare a raffreddare l'acqua al suo interno.
   • Allora, imposta per la filtrazione sottovuoto utilizzando un pallone filtrante da 250 ml, un imbuto Büchner e un pezzo di carta da filtro circolare.
   • Una volta che il prodotto è precipitato per almeno 15 minuti, procurati una pipetta Pasteur e bagna la carta da filtro con qualche goccia di acqua fredda.
   • Allora, accendi il vuoto e versa il contenuto della provetta nell'imbuto Büchner. Sciacquare il solido rimanente nell'imbuto con 1 – 2 ml di acqua fredda.
   • Rimuovi le patatine bollenti con una pinzetta e sciacquale con qualche goccia di acqua fredda per finire di raccogliere il prodotto.
   • Spegni la pompa del vuoto quando non gocciola più liquido nel pallone dall'imbuto.
2. Sintesi di 3-AminopthalhydrazideExpand

   Nella seconda fase della sintesi del luminol, ridurrai il gruppo nitro del 3-nitroftalidrazide utilizzando ditionito di sodio in una soluzione basica di NaOH. Questo produrrà 3-amminoftalidrazide dianion.

   Dopo la riduzione, aggiungerai acido acetico al protonare il dianion, formando il luminol. Il ditionito di sodio è altamente reattivo e si degrada rapidamente, quindi ne utilizzerai un leggero eccesso. Dopo la riduzione, protonerai il dianion luminol per diminuirne la solubilità in acqua. Infine, precipiterai e raccoglierai il luminol come un solido giallo.

   • Metti una provetta pulita da 25 ml in un becher e usa una spatola pulita per trasferire il tuo 3-nitroftalidrazide nella provetta.
   • Metti da parte l'imbuto Büchner e fissa la provetta sopra il bruciatore Bunsen. Lasciare il pallone filtrante in posizione per un secondo momento.
   • Ora, usa un cilindro graduato da 10 ml per ottenere 3 ml di circa 3 M NaOH. Versare la soluzione di idrossido di sodio nella provetta e mescolare la miscela con una bacchetta di vetro fino a quando la 3-nitroftalidrazide non si scioglie.
   • Ora, pesa 2 g di ditionito di sodio in una barca di pesatura tarata e aggiungilo alla provetta. Procurare 3 mL di acqua deionizzata e versarla nella provetta.
   • Mescola bene la miscela per sciogliere quanto più solido possibile. Quindi, aggiungi alcune patatine bollenti pulite alla provetta e accendi il bruciatore Bunsen.
   • Scalda la miscela a ebollizione a fuoco medio e poi lasciala bollire per 5 minuti.
   • Mentre aspetti, misura 1,5 ml di acido acetico glaciale e portalo nel tuo cappuccio.
   • Una volta che la miscela di reazione ha bollito per 5 minuti, spegni il bruciatore Bunsen e aggiungi l'acido acetico al tubo. Lascia raffreddare il composto a temperatura ambiente, che di solito richiede 10-15 minuti. Nel frattempo, preparare un bagno di ghiaccio in un becher da 600 ml.
   • Una volta che la miscela si è raffreddata, mettila nel bagno di ghiaccio e attendi 15 minuti che il luminol precipiti.
   • Rimonta la configurazione di filtrazione sottovuoto utilizzando un imbuto Büchner pulito e un nuovo pezzo di carta da filtro, e inizia a raffreddare altri 10 ml di acqua deionizzata in un bagno di ghiaccio.
   • Una volta che il luminol è rimasto nel bagno di ghiaccio per almeno 15 minuti, bagna la carta da filtro con acqua fredda. Quindi, raccogliere il luminol solido mediante filtrazione sotto vuoto.
   • Recupera le patatine bollenti e sciacqua il luminol con altra acqua fredda. Una volta che il liquido smette di gocciolare dall'imbuto, spegnere l'aspirapolvere e trasferire il luminol in un becher da 50 ml.
   • Ora, prepara il filtrato combinato per lo smaltimento. Innanzitutto, etichettare un becher da 250 ml come "rifiuti di idrazina e ditionite". Trasferire il filtrato nel becher e sciacquare il pallone con acqua deionizzata per rimuovere i residui di idrazina e ditionite.
   • Successivamente, diluisci il filtrato con 10 ml di acqua deionizzata. Quindi, misurare 10 mL di carbonato di sodio 1 M e aggiungerlo ai filtrati combinati.
   • Porta un cilindro graduato da 50 ml nella cappa di scarico. Misurare 40 mL di ipoclorito di sodio al 10% e versarlo nella miscela di filtrato. Posizionare il bicchiere sulla piastra calda, aggiungere una barra per mescolare e fissare un termometro nel bicchiere.
   • Riscalda la miscela a 50 °C mescolando. La miscela deve rimanere a 50 °C per 1 ora per ossidare l'idrazina e la ditionito rimanenti, quindi assicurati che la temperatura sia stabile e imposta un timer per 1 ora prima di iniziare l'ultima parte del laboratorio.
3. Chemiluminescenza e FluorescenzaExpand

   Per l'ultima parte del laboratorio, mescolerai un po' del luminol che hai creato con il dimetilsolfossido su idrossido di potassio solido. Gli ioni ossidrile deprotonano i due gruppi amminici. Quindi, l'ossigeno ambientale ossida il dianione luminol a 3-amminoftalato, o 3-APA, in uno stato eccitato. Questo complesso instabile si rilasserà rapidamente allo stato fondamentale, rilasciando energia sotto forma di luce visibile. Poiché il 3-APA eccitato è il prodotto di una reazione chimica, la luce emessa è chiamata chemiluminescenza.

   Una volta che hai visto la chemiluminescenza dalla reazione di ossidazione, aggiungerai la fluoresceina, una molecola fluorescente, alla miscela. Un po' di 3-APA eccitato trasferirà energia direttamente alla fluoresceina piuttosto che emettere luce, offrendoti una soluzione con due diversi composti che emettono luce.

   • Ora, misura circa 0,2 g del luminol che hai creato e mettilo in una fiaschetta di Erlenmeyer da 15 ml. Va bene se il solido è ancora umido.
   • Prendi 5 – 7 pellet di idrossido di potassio e versali nel pallone. Quindi, portare il pallone, un tappo e un cilindro graduato da 10 ml nella cappa del solvente.
   • Misura 2 ml di DMSO, aggiungilo al pallone e tappalo. Metti il cilindro graduato nella tua cappa aspirante e porta il pallone in una stanza buia.
   • Agita vigorosamente la fiaschetta tappata fino a quando non vedi la chemiluminescenza e poi metti giù la fiaschetta. La luce svanisce rapidamente perché sia l'ossidazione che il rilassamento sono processi veloci.
   • Agita la fiaschetta e lascia che la luce si affievolisce altre 6 – 10 volte senza aprire la fiaschetta. La luce sarà progressivamente più debole man mano che l'ossigeno nel pallone viene consumato. nota: Per renderlo più luminoso, lascia il pallone aperto nella cappa aspirante per un minuto per reintegrare l'ossigeno.
   • Chiudi la fiaschetta, torna nella stanza buia e agita di nuovo la fiaschetta per vedere l'effetto.
   • Ora, misura 0,2 g di colorante fluoresceina e aggiungilo alla tua fiaschetta. Tappate la fiaschetta e tornate nella camera buia. Agitare energicamente il pallone fino a quando la miscela non si illumina intensamente, quindi appoggiarla per osservare la differenza di colore rispetto al solo luminol.
   • Quando hai finito, controlla il filtrato. Una volta che è rimasto a 50 °C per almeno 1 ora, spegnere la piastra e attendere che il bicchiere si raffreddi a temperatura ambiente.
   • Allora, aggiungi circa 10 ml di acqua di rubinetto al filtrato e scaricalo nello scarico.
   • Smaltisci i residui chimici e di vetro nei contenitori appropriati, pulisci la tua vetreria e i tuoi strumenti e metti via la tua attrezzatura di laboratorio.
4. RisultatiEspandi

   In condizioni di reazione di ossidazione, il 3-APA eccitato emette luce blu-verde in un ampio intervallo di circa 500 nm quando si rilassa e la fluoresceina viene eccitata assorbendo la luce a 480 – 490 nm e 515 – 525 nm.

   Quando si aggiunge la fluoresceina alla miscela di reazione di ossidazione del luminolo, il 3-APA eccitato può trasferire l'energia che la fluoresceina assorbirebbe sotto forma di luce direttamente a una molecola di fluoresceina vicina in un'interazione speciale chiamata trasferimento di energia non radiativa. La fluoresceina eccitata risultante emette luce giallo-verde quando si rilassa.

   Il 3-APA eccitato è altamente instabile, quindi se la fluoresceina non è abbastanza vicina per il trasferimento di energia non radiativa, si rilasserà emettendo luce come al solito. Pertanto, uno spettro della miscela luminosa finale mostrerebbe i contributi sia della luce blu-verde che di quella giallo-verde.