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.

Synteza luminolu

Koncepcje Przygotowanie instruktora Protokół studencki

0 wyświetleń03:02 min

Zwykle, gdy reagenty zmieniają się w produkty, różnica w ich energii jest znana jako entalpia reakcji, która może być egzotermiczna, w której uwalniane jest ciepło, lub endotermiczna, w której ciepło jest pochłaniane.

W reakcji chemiluminescencyjnej reagenty tworzą produkt pośredni, który znajduje się w stanie wzbudzonym elektronicznie. Ten produkt pośredni jest niestabilny. Gdy rozluźnia się do stanu podstawowego, elektrony w półprodukcie uwalniają energię w emisji światła widzialnego, a nie w postaci ciepła.

Zjawisko to jest podobne do fluorescencji. Przypomnij sobie, że elektrony w cząsteczce zajmują stan podstawowy. Kiedy absorbują energię, na przykład pod wpływem określonej długości fali światła, stają się wzbudzone i przechodzą na wyższy, wzbudzony poziom energii. Gdy stan wzbudzony rozluźnia się z powrotem do stanu podstawowego, nadmiar energii jest emitowany w postaci światła widzialnego.

Jednak ważne jest, aby rozróżnić te dwa. Różnica polega na tym, jak wzbudzane są elektrony cząsteczek. W chemiluminescencji energia generowana w wyniku reakcji chemicznej wzbudza elektrony, podczas gdy we fluorescencji elektrony są wzbudzane przez bezpośrednią absorpcję energii świetlnej lub innego promieniowania elektromagnetycznego. Gdy elektrony rozluźniają się do stanu podstawowego, oba rodzaje luminescencji uwalniają energię w postaci emitowanego światła.

Rzućmy okiem na przykład każdego z nich. Kiedy świecisz światłem UV na butelkę z tonikiem, elektrony w chininie pochłaniają energię i są wzbudzane do wyższego poziomu energetycznego. Kiedy elektrony się rozluźniają, uwalniają energię w postaci niebieskiego światła.

Zastanówmy się teraz nad świecącą pałeczką, która ma zewnętrzną rurkę zawierającą szczawian difenylu i barwnik oraz wewnętrzną rurkę zawierającą nadtlenek wodoru. Kiedy zginasz świecącą pałeczkę, wewnętrzna rurka pęka, umożliwiając mieszanie się reagentów. Nadtlenek wodoru utlenia szczawian difenylu, tworząc fenol i nadtlenek cykliczny. Cykliczny nadtlenek rozkłada się na dwutlenek węgla, uwalniając energię, która wzbudza barwnik na wyższy poziom energetyczny. Gdy barwnik rozluźnia się do stanu podstawowego, uwalniany jest foton światła. W tym przypadku proces ten jest chemiluminescencją, ponieważ energia dostarczana do wzbudzenia barwnika pochodzi z reakcji chemicznej.

W tym laboratorium zsyntetyzujesz 3-aminoftalhydrazyd, znany również jako luminol, wykonując serię reakcji. Następnie zareagujesz luminol z dimetylosulfotlenkiem na stałym wodorotlenku potasu, aby zaobserwować jego chemiluminescencję.

Print Procedure Steps

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Źródło: Lara Al Hariri i Ahmed Basabrain z University of Massachusetts Amherst, MA, USA

Synteza 3-nitroftahydrazydu
W tym laboratorium zsyntetyzujesz 3-aminoftalhydrazyd, który jest również nazywany luminolem, w 2-etapowym procesie. Pierwszym etapem jest reakcja kondensacji między kwasem 3-nitroftalowym a hydrazyną.

Na tym etapie grupy kwasu karboksylowego są zastępowane grupami NH w celu wytworzenia 3-nitroftalhydrazydu i dwóch cząsteczek wody. W całym tym laboratorium musisz pracować pod wyciągiem, ponieważ w reakcjach powstają toksyczne opary i gazy.
- Zanim zaczniesz, załóż fartuch laboratoryjny, odporne na zachlapanie okulary ochronne i rękawice nitrylowe. nuta: Hydrazyna jest wysoce toksyczna i łatwopalna, dlatego należy unikać jej dotykania i przechowywać wszystko, co zawiera hydrazynę, zamknięte lub przykryte podczas transportu między wyciągami.
- Teraz odmierz 10 ml wody dejonizowanej i wlej ją do 25-mililitrowej kolby Erlenmeyera. Zacisnąć kolbę na płycie grzejnej i umieścić w niej termometr.
- Następnie zacznij podgrzewać wodę. Chcesz, aby temperatura wody wynosiła 80 °C, więc ustaw ustawienie płyty grzejnej na nieco wyższe.
- Podczas nagrzewania ustaw palnik Bunsena pod zaciskiem przymocowanym na stojaku laboratoryjnym.
- Zaopatrz się w probówkę o pojemności 25 ml i ustaw zacisk tak, aby utrzymywał probówkę około 5 – 7 cm nad płomieniem. Następnie wyjmij probówkę i umieść ją w zlewce o pojemności 400 ml.
- Gdy woda osiągnie 80 °C, dostosuj ustawienie grzania, aby utrzymać stabilną temperaturę.
- Następnie zważ 0,6 g kwasu 3-nitroftalowego w tarowanej łodzi wagowej. Wlej kwas 3-nitroftalowy do probówki. Następnie przynieś probówkę i korek probówki do kaptura rozpuszczalnika.
- Użyj dołączonej pipety miarowej, aby dokładnie odmierzyć 0,9 ml roztworu hydrazyny 10% v/v i przenieść go do probówki. Pamiętaj, aby zakręcić butelkę z roztworem hydrazyny i zakorkować probówkę przed powrotem do kaptura.
- Zaciśnij probówkę nad palnikiem Bunsena i wyjmij korek. Następnie wlej ~ 2 ml glikolu trietylenowego do cylindra z podziałką i umieść go w masce.
- Teraz dodaj 2 lub 3 wrzące chipsy do probówki. Umieść termometr wysokotemperaturowy w probówce i zapal palnik Bunsena. Podgrzej mieszaninę średnim płomieniem, aż kwas 3-nitroftalowy się rozpuści.
- Następnie dodaj glikol trietylenowy i zwiększ temperaturę płomienia. nuta: Gdy woda z roztworu hydrazyny się zagotuje, temperatura będzie nadal rosła.
- Gdy mieszanina reakcyjna osiągnie 210 °C, zmniejsz ogień i utrzymuj mieszaninę między 210 °C a 220 °C przez 3 – 4 minuty.
- Następnie zgaś płomień i poczekaj, aż mieszanina ostygnie do 100 °C.
- Wyłącz płytę grzejną, wyjmij termometr i odblokuj kolbę. Za pomocą szczypiec przytrzymać kolbę i odmierzyć 8 ml gorącej wody za pomocą cylindra z podziałką. Wlej gorącą wodę do probówki i wyjmij termometr.
- Weź kawałek plastikowej folii parafinowej i zakryj otwór probówki. Następnie za pomocą szczypiec przenieś probówkę do zlewki mocującej.
- Przy zlewie laboratoryjnym trzymaj probówkę pod bieżącą wodą z kranu, aby ją schłodzić, uważając, aby nie wpuścić do niej wody.
- Następnie osusz zewnętrzną część rurki i przynieś ją z powrotem do swojego kaptura. Clamp rurkę pionowo i usuń folię parafinową. Pozwól, aby żółty 3-nitroftalhydrazyd wytrącił się w probówce przez 15 minut.
- Podczas oczekiwania dodaj ~10 ml dejonizowanej wody do 25-mililitrowej kolby Erlenmeyera. Przygotuj kąpiel lodową w zlewce o pojemności 250 ml i zacznij schładzać w niej wodę.
- Następnie przygotuj się na filtrację próżniową za pomocą kolby filtracyjnej o pojemności 250 ml, lejka Büchnera i kawałka okrągłej bibuły filtracyjnej.
- Gdy produkt wytrąci się przez co najmniej 15 minut, zaopatrz się w pipetę Pasteura i zwilż bibułę filtracyjną kilkoma kroplami zimnej wody.
- Następnie włącz próżnię i wlej zawartość probówki do lejka Büchnera. Pozostałe ciało stałe spłukać do lejka 1 – 2 ml zimnej wody.
- Usuń gotujące się wióry pęsetą i spłucz je kilkoma kroplami zimnej wody, aby zakończyć zbieranie produktu.
- Wyłącz pompę próżniową, gdy płyn nie będzie już kapał do kolby z lejka.
Synteza 3-aminopthalhydrazydu
W drugim etapie syntezy luminolu zredukujesz grupę nitrową 3-nitroftalhydrazydu za pomocą ditionianu sodu w zasadowym roztworze NaOH. W ten sposób powstanie 3-aminoftalhydrazyd dianion.

Po redukcji dodasz kwas octowy, aby sprotonować dianion, tworząc luminol. Ditionyn sodu jest wysoce reaktywny i szybko ulega degradacji, więc użyjesz go w niewielkim nadmiarze. Po redukcji należy protonować dianion luminolu, aby zmniejszyć jego rozpuszczalność w wodzie. Na koniec wytrącisz i zbierzesz luminol w postaci żółtego ciała stałego.
- Umieść czystą probówkę o pojemności 25 ml w zlewce i użyj czystej szpatułki, aby przenieść swój 3-nitroftalhydrazyd do probówki.
- Odłóż lejek Büchnera na bok i zaciśnij probówkę nad palnikiem Bunsena. Pozostaw kolbę filtracyjną na miejscu na później.
- Teraz użyj 10-mililitrowej butli z podziałką, aby uzyskać 3 ml około 3 M NaOH. Wlej roztwór wodorotlenku sodu do probówki i mieszaj mieszaninę szklaną pałeczką, aż 3-nitroftalhydrazyd się rozpuści.
- Teraz zważ 2 g ditionitu sodu w tarowanej łodzi wagowej i dodaj go do probówki. Weź 3 ml wody dejonizowanej i wlej ją do probówki.
- Dobrze wymieszaj mieszaninę, aby rozpuścić jak najwięcej ciała stałego. Następnie dodaj kilka czystych wrzących frytek do probówki i zapal palnik Bunsena.
- Podgrzej mieszaninę do wrzenia na średnim ogniu, a następnie gotuj przez 5 minut.
- Podczas oczekiwania odmierz 1,5 ml lodowatego kwasu octowego i przynieś go do swojego okapu.
- Gdy mieszanina reakcyjna gotuje się przez 5 minut, wyłącz palnik Bunsena i dodaj kwas octowy do probówki. Pozwól mieszaninie ostygnąć do temperatury pokojowej, co zwykle zajmuje 10-15 minut. W międzyczasie przygotuj kąpiel lodową w zlewce o pojemności 600 ml.
- Gdy mieszanina ostygnie, umieść ją w łaźni lodowej i poczekaj 15 minut, aż luminol się wytrąci.
- Złóż ponownie zestaw filtracji próżniowej, używając czystego lejka Büchnera i nowego kawałka bibuły filtracyjnej, i zacznij schładzać kolejne 10 ml wody dejonizowanej w łaźni lodowej.
- Gdy luminol znajduje się w kąpieli lodowej przez co najmniej 15 minut, zwilż bibułę filtracyjną zimną wodą. Następnie zbierz stały luminol przez filtrację próżniową.
- Odzyskaj wrzące frytki i spłucz luminol większą ilością zimnej wody. Gdy płyn przestanie kapać z lejka, wyłącz próżnię i przenieś luminol do zlewki o pojemności 50 ml.
- Teraz przygotuj połączony filtrat do utylizacji. Najpierw oznacz zlewkę o pojemności 250 ml jako "odpady hydrazyny i ditionitu". Przenieść filtrat do zlewki i przepłukać kolbę wodą dejonizowaną w celu usunięcia pozostałości hydrazyny i ditionititu.
- Następnie rozcieńczyć filtrat 10 ml wody dejonizowanej. Następnie odmierzyć 10 ml 1 M węglanu sodu i dodać go do połączonych filtratów.
- Przynieś 50-mililitrową butlę z podziałką do okapu na odpady. Odmierzyć 40 ml 10% podchlorynu sodu i wlać go do mieszaniny filtratu. Umieść zlewkę na płycie grzejnej, dodaj mieszadło i umieść termometr w zlewce.
- Podgrzej mieszaninę do 50 °C, mieszając. Mieszanina musi pozostać w temperaturze 50 °C przez 1 godzinę, aby utlenić resztki hydrazyny i ditionititu, więc upewnij się, że temperatura jest stabilna i ustaw timer na 1 godzinę przed rozpoczęciem ostatniej części laboratorium.
Chemiluminescencja i fluorescencja
W ostatniej części laboratorium zmieszasz część wytworzonego luminolu z dimetylosulfotlenkiem na stałym wodorotlenku potasu. Jony hydroksylowe deprotonują dwie grupy aminowe. Następnie tlen z otoczenia utlenia dianion luminolu do 3-aminoftalanu lub 3-APA w stanie wzbudzonym. Ten niestabilny kompleks szybko zrelaksuje się do stanu podstawowego, uwalniając energię w postaci światła widzialnego. Ponieważ wzbudzony 3-APA był produktem reakcji chemicznej, emitowane światło nazywa się chemiluminescencją.

Gdy zobaczysz chemiluminescencję z reakcji utleniania, dodasz do mieszaniny fluoresceinę, cząsteczkę fluorescencyjną. Niektóre wzbudzone 3-APA przenoszą energię bezpośrednio do fluoresceiny, zamiast emitować światło, dając roztwór z dwoma różnymi związkami emitującymi światło.
- Teraz zmierz około 0,2 g luminolu, który wyprodukowałeś i umieść go w 15-mililitrowej kolbie Erlenmeyera. W porządku, jeśli ciało stałe jest nadal wilgotne.
- Zdobądź 5 – 7 granulek wodorotlenku potasu i wlej je do kolby. Następnie umieścić kolbę, korek i cylinder z podziałką o pojemności 10 ml do pokrywy z rozpuszczalnikiem.
- Odmierz 2 ml DMSO, dodaj do kolby i zakorkuj. Umieść cylinder z podziałką w dygestoriach i przenieś kolbę do ciemnego pomieszczenia.
- Potrząsaj energicznie kolbą z korkiem, aż zobaczysz chemiluminescencję, a następnie odłóż kolbę. Światło szybko gaśnie, ponieważ zarówno utlenianie, jak i relaksacja są szybkimi procesami.
- Potrząśnij kolbą i pozwól, aby światło zgasło jeszcze 6 – 10 razy bez otwierania kolby. Światło będzie stopniowo ciemniejsze w miarę zużywania tlenu w kolbie. nuta: Aby było jaśniej, pozostaw kolbę otwartą w dygestorium na minutę, aby uzupełnić tlen.
- Zamknij kolbę, wróć do ciemnego pokoju i ponownie potrząśnij kolbą, aby zobaczyć efekt.
- Teraz odmierz 0,2 g barwnika fluoresceinowego i dodaj go do swojej kolby. Zakorkować kolbę i wrócić do ciemnego pokoju. Potrząsać energicznie kolbą, aż mieszanina zacznie jasno świecić, a następnie odłożyć ją, aby zaobserwować różnicę w kolorze od samego luminolu.
- Gdy skończysz, sprawdź filtrat. Po osiągnięciu temperatury 50 °C przez co najmniej 1 godzinę wyłączyć płytę grzejną i poczekać, aż zlewka ostygnie do temperatury pokojowej.
- Następnie dodaj około 10 ml wody z kranu do filtratu i spłucz ją do odpływu.
- Pozostałe odpady chemiczne i szklane wyrzuć do odpowiednich pojemników, wyczyść szkło i narzędzia, a sprzęt laboratoryjny odłóż na miejsce.
WynikiRozwiń
W warunkach reakcji utleniania wzbudzony 3-APA emituje niebiesko-zielone światło w szerokim zakresie około 500 nm, gdy się rozluźnia, a fluoresceina jest wzbudzana przez pochłanianie światła przy 480 – 490 nm i 515 – 525 nm.

Po dodaniu fluoresceiny do mieszaniny reakcji utleniania luminolu, wzbudzony 3-APA może przenosić energię, którą fluoresceina pochłonęłaby jako światło, bezpośrednio do pobliskiej cząsteczki fluoresceiny w specjalnej interakcji zwanej nieradiacyjnym transferem energii. Powstała w ten sposób wzbudzona fluoresceina emituje żółto-zielone światło, gdy się rozluźnia.

Wzbudzony 3-APA jest wysoce niestabilny, więc jeśli żadna fluoresceina nie jest wystarczająco blisko do transferu energii nieradiacyjnej, rozluźni się, emitując światło jak zwykle. W ten sposób widmo twojej końcowej świecącej mieszaniny wykazywałoby wkład zarówno światła niebiesko-zielonego, jak i żółto-zielonego.

Browse More Videos

Synteza luminolu

3 nitroftalohydrazyd

reakcja kondensacji

roztw r hydrazyny