Luminol Sentezi

Kaynak: Lara Al Hariri ve Ahmed Basabrain, Massachusetts Amherst Üniversitesi, MA, ABD

1. 3-NitrophthalhydrazideGenişlet

   Bu laboratuvarda, luminol olarak da adlandırılan 3-aminoftalhidrazidi 2 aşamalı bir işlemle sentezleyeceksiniz. İlk adım, 3-nitroftalik asit ve hidrazin arasındaki bir yoğuşma reaksiyonudur.

   Bu adım sırasında, karboksilik asit grupları, 3-nitroftalhidrazid ve iki su molekülü üretmek için NH grupları ile ikame edilir. Bu laboratuvar boyunca bir çeker ocakta çalışmalısınız çünkü reaksiyonlar toksik buharlar ve gazlar üretir.

   • Başlamadan önce laboratuvar önlüğü, su sıçramasına dayanıklı koruyucu gözlük ve nitril eldiven giyin. not: Hidrazin oldukça zehirli ve yanıcıdır, bu nedenle ona dokunmaktan kaçının ve çeker ocaklar arasında taşırken hidrazin içeren her şeyi kapalı veya kapalı tutun.
   • Şimdi 10 mL deiyonize suyu ölçün ve 25 mL'lik bir Erlenmeyer şişesine dökün. Şişeyi sıcak bir plakaya sıkıştırın ve içine bir termometre yerleştirin.
   • Ardından suyu ısıtmaya başlayın. Suyun sıcaklığının 80 °C olmasını isteyeceksiniz, bu nedenle sıcak plaka ayarını biraz daha yükseğe ayarlayın.
   • Isınırken, bir laboratuvar standına sabitlenmiş bir kelepçenin altına bir Bunsen brülörü kurun.
   • 25 mL'lik bir test tüpü alın ve kelepçeyi, test tüpünü alevin yaklaşık 5 – 7 cm üzerinde tutacak şekilde ayarlayın. Ardından, test tüpünü çıkarın ve 400 mL'lik bir behere yerleştirin.
   • Su 80 °C'ye ulaştığında, sıcaklığı sabit tutmak için ısı ayarını yapın.
   • Ardından, darası alınmış bir tartı teknesinde 0,6 g 3-nitroftalik asit tartın. 3-nitroftalik asidi test tüpünüze dökün. Ardından, test tüpünü ve bir test tüpü durdurucusunu solvent davlumbazına getirin.
   • % 10 v / v hidrazin çözeltisinin 0,9 mL'sini dikkatlice ölçmek ve test tüpüne aktarmak için verilen hacimsel pipeti kullanın. Davlumbazınıza dönmeden önce hidrazin solüsyonu şişesini kapatmayı ve test tüpünüzü durdurmayı unutmayın.
   • Test tüpünü Bunsen brülörünün üzerine sıkıştırın ve durdurucuyu çıkarın. Ardından, dereceli bir silindire ~ 2 mL trietilen glikol dökün ve davlumbazınızın içinden çıkarın.
   • Şimdi, test tüpüne 2 veya 3 kaynar cips ekleyin. Test tüpüne yüksek sıcaklıklı bir termometre yerleştirin ve Bunsen brülörünü ateşleyin. Karışımı, 3-nitroftalik asit eriyene kadar orta ateşle ısıtın.
   • Ardından trietilen glikolü ekleyin ve alevin ısısını artırın. not: Hidrazin çözeltisinden gelen su kaynadığında, sıcaklık artmaya devam edecektir.
   • Reaksiyon karışımı 210 °C'ye ulaştığında, ısıyı kısın ve karışımı 210 °C ile 220 °C arasında 3 – 4 dakika tutun.
   • Ardından alevi söndürün ve karışımın 100 °C'ye soğumasını bekleyin.
   • Ocak gözünü kapatın, termometreyi çıkarın ve şişeyi açın. Şişeyi tutmak için maşa kullanın ve dereceli silindir ile 8 mL sıcak su ölçün. Bu sıcak suyu test tüpüne dökün ve termometreyi çıkarın.
   • Bir parça plastik parafin filmi alın ve test tüpünün ağzını kapatın. Ardından, test tüpünü tutma kabına aktarmak için maşa kullanın.
   • Bir laboratuvar lavabosunda, test tüpünü soğutmak için akan musluk suyunun altında tutun ve içine su girmemesine dikkat edin.
   • Ardından, tüpün dışını kurutun ve davlumbazınıza geri getirin. Tüpü dik olarak sıkıştırın ve parafin filmini çıkarın. Sarı 3-nitroftalhidrazidin tüpte 15 dakika çökelmesine izin verin.
   • Beklerken 25 mL'lik bir Erlenmeyer şişesine ~10 mL deiyonize su ekleyin. 250 mL'lik bir beherde bir buz banyosu hazırlayın ve içindeki suyu soğutmaya başlayın.
   • Ardından, 250 mL'lik bir filtre şişesi, bir Büchner hunisi ve bir parça dairesel filtre kağıdı kullanarak vakum filtrasyonu için ayarlayın.
   • Ürün en az 15 dakika çökeldikten sonra bir Pasteur pipeti alın ve filtre kağıdını birkaç damla soğuk suyla ıslatın.
   • Ardından, vakumu açın ve test tüpünün içindekileri Büchner hunisine dökün. Kalan katıyı huniye 1-2 mL soğuk suyla durulayın.
   • Kaynayan cipsleri cımbızla çıkarın ve ürünü toplamayı bitirmek için birkaç damla soğuk suyla durulayın.
   • Huniden şişeye daha fazla sıvı damlamadığında vakum pompasını kapatın.
2. 3-Aminopthalhidrazid SenteziExpand

   Luminol sentezinin ikinci adımında, bazik bir NaOH çözeltisinde sodyum ditiyonit kullanarak 3-nitroftalhidrazidin nitro grubunu azaltacaksınız. Bu, 3-aminoftalhidrazid dianion üretecektir.

   İndirgeme işleminden sonra, dianyonu protonlamak için asetik asit ekleyecek ve luminol oluşturacaksınız. Sodyum ditiyonit oldukça reaktiftir ve hızlı bir şekilde bozunur, bu nedenle biraz fazla kullanırsınız. İndirgeme işleminden sonra, sudaki çözünürlüğünü azaltmak için luminol dianionunu protonlayacaksınız. Son olarak, luminol'ü çökeltecek ve sarı bir katı olarak toplayacaksınız.

   • Bir behere temiz bir 25 mL test tüpü yerleştirin ve 3-nitroftalhidrazidinizi test tüpüne aktarmak için temiz bir spatula kullanın.
   • Büchner hunisini bir kenara koyun ve test tüpünü Bunsen brülörünün üzerine sıkıştırın. Filtre şişesini daha sonrası için yerinde bırakın.
   • Şimdi, 3 mL yaklaşık 3 M NaOH elde etmek için 10 mL dereceli bir silindir kullanın. Sodyum hidroksit çözeltisini test tüpüne dökün ve karışımı 3-nitroftalhidrazid eriyene kadar bir cam çubukla karıştırın.
   • Şimdi, darası alınmış bir tartı teknesinde 2 g sodyum ditiyonit tartın ve test tüpüne ekleyin. 3 mL deiyonize su elde edin ve tüpe dökün.
   • Mümkün olduğu kadar çok katı maddeyi çözmek için karışımı iyice karıştırın. Ardından, test tüpüne birkaç temiz kaynar cips ekleyin ve Bunsen brülörünü ateşleyin.
   • Karışımı orta ateşte kaynayana kadar ısıtın ve ardından 5 dakika kaynatın.
   • Beklerken 1,5 mL buzlu asetik asit ölçün ve davlumbazınıza getirin.
   • Reaksiyon karışımı 5 dakika kaynadıktan sonra Bunsen brülörünü kapatın ve asetik asidi tüpe ekleyin. Karışımı oda sıcaklığına soğumaya bırakın, bu genellikle 10-15 dakika sürer. Bu arada, 600 mL'lik bir beherde bir buz banyosu hazırlayın.
   • Karışım soğuduktan sonra buz banyosuna koyun ve luminolün çökelmesi için 15 dakika bekleyin.
   • Temiz bir Büchner hunisi ve yeni bir filtre kağıdı parçası kullanarak vakum filtreleme kurulumunu yeniden birleştirin ve bir buz banyosunda 10 mL daha deiyonize suyu soğutmaya başlayın.
   • Luminol en az 15 dakika buz banyosunda kaldıktan sonra filtre kağıdını soğuk suyla ıslatın. Ardından, katı luminolü vakumlu filtrasyon ile toplayın.
   • Kaynayan cipsleri alın ve luminol'ü daha fazla soğuk suyla durulayın. Huniden sıvı damlaması durduğunda, vakumu kapatın ve luminolü 50 mL'lik bir behere aktarın.
   • Şimdi, birleşik filtratı bertaraf için hazırlayın. İlk olarak, 250 mL'lik bir beheri 'hidrazin ve ditiyonit atığı' olarak etiketleyin. Süzüntüyü behere aktarın ve kalan hidrazin ve ditiyoniti çıkarmak için şişeyi deiyonize su ile durulayın.
   • Ardından, süzüntüyü 10 mL deiyonize su ile seyreltin. Ardından, 10 mL 1 M sodyum karbonat ölçün ve kombine filtratlara ekleyin.
   • Atık davlumbazına 50 mL dereceli bir silindir getirin. 40 mL% 10 sodyum hipoklorit ölçün ve süzüntü karışımına dökün. Beheri sıcak plakaya yerleştirin, bir karıştırma çubuğu ekleyin ve behere bir termometre sabitleyin.
   • Karışımı karıştırırken 50 °C'ye ısıtın. Kalan hidrazin ve ditiyoniti oksitlemek için karışımın 1 saat boyunca 50 °C'de kalması gerekir, bu nedenle laboratuvarın son bölümüne başlamadan önce sıcaklığın sabit olduğundan emin olun ve 1 saat için bir zamanlayıcı ayarlayın.
3. Kemilüminesans ve FloresanGenişlet

   Laboratuvarın son bölümünde, yaptığınız luminolün bir kısmını katı potasyum hidroksit yerine dimetil sülfoksit ile karıştıracaksınız. Hidroksil iyonları iki amin grubunu protondan arındırır. Daha sonra, ortam oksijeni, uyarılmış bir durumda luminol dianyonu 3-aminoftalat veya 3-APA'ya oksitler. Bu kararsız kompleks, enerjiyi görünür ışık olarak serbest bırakarak hızlı bir şekilde temel duruma gevşeyecektir. Uyarılmış 3-APA, kimyasal bir reaksiyonun ürünü olduğundan, yayılan ışığa kemilüminesans denir.

   Oksidasyon reaksiyonundan elde edilen kemilüminesansı gördükten sonra, karışıma bir floresan molekülü olan floresein ekleyeceksiniz. Bazı uyarılmış 3-APA, enerjiyi ışık yaymak yerine doğrudan floreseine aktaracak ve size iki farklı ışık yayan bileşik içeren bir çözüm sunacaktır.

   • Şimdi, yaptığınız luminolün yaklaşık 0,2 g'ını ölçün ve 15 mL'lik bir Erlenmeyer şişesine yerleştirin. Katı hala nemliyse sorun değil.
   • 5 – 7 potasyum hidroksit peleti alın ve bunları şişeye dökün. Ardından, şişeyi, bir durdurucuyu ve 10 mL dereceli bir silindiri çözücü davlumbazına getirin.
   • 2 mL DMSO ölçün, şişeye ekleyin ve durdurun. Dereceli silindiri çeker ocakınıza koyun ve şişeyi karanlık bir odaya getirin.
   • Tıpalı matarayı kemilüminesans görene kadar kuvvetlice çalkalayın ve ardından matarayı yere koyun. Işık hızla kaybolur çünkü hem oksidasyon hem de gevşeme hızlı süreçlerdir.
   • Şişeyi çalkalayın ve şişeyi açmadan ışığın 6 – 10 kez daha sönmesine izin verin. Şişedeki oksijen tüketildikçe ışık giderek daha sönük olacaktır. not: Daha parlak hale getirmek için, oksijeni yenilemek için şişeyi çeker ocakta bir dakika açık bırakın.
   • Matarayı kapatın, karanlık odaya dönün ve etkisini görmek için matarayı tekrar sallayın.
   • Şimdi, 0,2 g floresein boyası ölçün ve şişenize ekleyin. Şişeyi durdurun ve karanlık odaya geri dönün. Karışım parlak bir şekilde parlayana kadar şişeyi kuvvetlice çalkalayın ve ardından yalnızca luminolden gelen renk farkını gözlemlemek için yere koyun.
   • İşiniz bittiğinde süzüntüyü kontrol edin. En az 1 saat 50 °C'de kaldıktan sonra ocak gözünü kapatın ve beherin oda sıcaklığına soğumasını bekleyin.
   • Ardından, süzüntüye yaklaşık 10 mL musluk suyu ekleyin ve kanalizasyona akıtın.
   • Kalan kimyasal ve cam atıkları uygun kaplara atın, cam eşyalarınızı ve aletlerinizi temizleyin ve laboratuvar ekipmanınızı kaldırın.
4. ResultsExpand

   Oksidasyon reaksiyonu koşullarınız altında, uyarılmış 3-APA, gevşediğinde 500 nm civarında geniş bir aralıkta mavi-yeşil ışık yayar ve floresein, 480 – 490 nm ve 515 – 525 nm'de ışığı emerek uyarılır.

   Luminol oksidasyon reaksiyonu karışımına floresein eklediğinizde, uyarılmış 3-APA, floreseinin ışık olarak emeceği enerjiyi, radyasyonsuz enerji transferi adı verilen özel bir etkileşimde doğrudan yakındaki bir floresein molekülüne aktarabilir. Ortaya çıkan uyarılmış floresein gevşediğinde sarı-yeşil ışık yayar.

   Uyarılmış 3-APA oldukça kararsızdır, bu nedenle ışınımsız enerji transferi için yeterince yakın bir floresein yoksa, her zamanki gibi ışık yayarak rahatlayacaktır. Böylece, son parlayan karışımınızın bir spektrumu hem mavi-yeşil hem de sarı-yeşil ışıktan gelen katkıları gösterecektir.