Химический опыт – получаем флуоресцеин. Химический опыт – получаем флуоресцеин Получение из ароматических сульфокислот

Флуоресцеин является ярким химическим красителем, который светится в ультрафиолетовых лучах. Получению именно этого химического вещества посвящен данный материал, который обязательно будет познавательным и заинтересует любителей химии и красивых химических опытов.

Начнем опыт с просмотра видеоролика

Итак, что нам понадобится:
- фталевый ангидрид;
- резорцин;
- металлический тигель;
- песчаная баня;
- газовая горелка;
- безводный хлорид цинка;
- соляная кислота.

Первым делом отвесим в металлический тигель 3 гр. фталевого ангидрида.

Далее присыпаем к нему 4.5 гр. резорцина.

Смешиваем эти вещества и ставим на песчаную баню, после чего зажигаем газовую горелку, которой нагреваем смесь до температуры плавления, то есть примерно 180 градусов по Цельсию.

Нагревание необходимо для того, чтобы смесь из фталевого ангидрида и резорцина расплавилась.

После расплавления смеси добавляем в нее два 2.1 гр. безводного хлорида цинка. При добавлении этого компонента происходит реакция конденсации, в ходе которой две молекулы резорцина и одна молекула фталевого ангидрида объединяются в большую молекулу флуоресцеина. При этом также выделяется две молекулы воды. Хлорид цинка является катализатором и принимает на себя образующуюся воду.

После добавления хлорида цинка температуру нужно поднять до 220 градусов по Цельсию и нагреваем смесь еще 15 минут.

Спустя 15 минут нагревания, образовавшийся флуоресцеин снимаем с огня и ставим охлаждаться, чтобы он затвердел.

После того, как флуоресцеин затвердел его необходимо выковырять из металлического тигля. Для этого можно использовать стамеску.

Весь флуоресцеин выковырян из металлического тигля, так что можно приступать к следующему шагу, а именно измельчению в мелкие ступки, чтобы разбить все крупные кристаллы.

После измельчения флуоресцеин необходимо вымыть от остатков хлорида цинка. Для этого высыпаем его в 10% соляную кислоту и нагреваем до кипения с перемешиванием.

Фильтруем промытый флуоресцеин через вакуумную фильтрацию.

Фталевый ангидрид Фенолфталеин

При сплавлении фталевого ангидрида с резорцином в присутствии хлорида цинка происходит аналогичная реакция и образуется флуоресцеин:

Резорцин Флуоресцеин

3.8 Перегруппировка Кляйзена

Фенолы вступают в реакции алкилирования по Фриделю-Крафтсу. Например, при взаимодействии ф

енола с аллилбромидом в присутствии хлорида алюминия образуется 2-аллилфенол:

Этот же продукт образуется и при нагревании аллилфенилового эфира в результате внутримолекулярной реакции называемой перегруппировкой Кляйзена:

Аллилфениловый эфир 2-Аллилфенол

Реакция:

Проходит по следующему механизму:

Перегруппировка Кляйзена происходит также и при нагревании аллилвинилового эфира или 3,3 – диметил – 1,5 – гексадиена: AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

3.9 Поликонденсация

Поликонденсация фенола с формальдегидом (по этой реакции происходит образование фенолформальдегидной смолы:

3.10 Окисление

Фенолы легко окисляются даже под действием кислорода воздуха. Так, при стоянии на воздухе фенол постепенно окрашивается в розовато-красный цвет. При энергичном окислении фенола хромовой смесью основным продуктом окисления является хинон. Двухатомные фенолы окисляются еще легче. При окислении гидрохинона образуется хинон.

3.11 Кислотные свойства

Кислотные свойства фенола проявляются в реакциях со щелочами (сохранилось старинное название «карболовая кислота»):

С6Н5ОН + NaOH <-> C6H5ONa + Н2O

Фенол, однако, является очень слабой кислотой. При пропускании через раствор фенолятов углекислого или сернистого газов выделяется фенол – такая реакция позывает, что фенол – более слабая кислота, чем угольная и сернистая:

C6H5ONa + СO2 + Н2O -> С6Н5ОН + NaHCО3

Кислотные свойства фенолов ослабляются при введении в кольцо заместителей I рода и усиливаются при введении заместителей II рода.

4. Способы получения

Производство фенола в промышленном масштабе осуществляется тремя способами:

– Кумольный метод. Этим способом получают более 95% всего производимиого в мире фенола. В каскаде барботажных колонн кумол подвергают некаталитическому окислению воздухом с образованием гидропероксида кумола (ГПК). Полученный ГПК, при катализе серной кислотой, разлагают с образованием фенола и ацетона. Кроме того, ценным побочным продуктом этого процесса является α-метилстирол.

– Около 3% всего фенола получают окислением толуола, с промежуточным образованием бензойной кислоты.

– Весь остальной фенол выделяют из каменноугольной смолы.

4.1 Окислением кумола

Фенолы выделяют из каменноугольной смолы, а также из продуктов пиролиза бурых углей и древесины (деготь). Промышленный способ получения самого фенола С6Н5ОН основан на окислении ароматического углеводорода кумола (изопропилбензол) кислородом воздуха с последующим разложением получающейся гидроперекиси, разбавленной H2SO4. Реакция проходит с высоким выходом и привлекательна тем, что позволяет получить сразу два технически ценных продукта – фенол и ацетон. Другой способ–каталитический гидролиз галогензамещенных бензолов.

4.2 Получение из галогенбензолов

При нагревании хлорбензола и гидроксида натрия под давлением получают фенолят натрия, при дальнейшей обработке которого кислотой образуется фенол:

С6Н5-CI + 2NaOH -> С6Н5-ONa + NaCl + Н2O

4.3 Получение из ароматических сульфокислот

Реакция проводится при сплавлении сульфокислот с щелочами. Первоначально образующиеся феноксиды обрабатывают сильными кислотами для получения свободных фенолов. Метод обычно применяют для получения многоатомных фенолов:

4.4 Получение из хлорбензола

Известно, что атом хлора прочно связан с бензольным кольцом, поэтому реакцию замены хлора на гидроксильную группу проводят в жестких условиях (300 °С, давление 200 МПа):

C6H5-Cl + NaOH – > C6H5-OH + NaCl

5. Применение фенолов

Раствор фенола используют в качестве дезинфицирующего средства (карболовая кислота). Двухатомные фенолы – пирокатехин, резорцин (рис. 3), а также гидрохинон (пара-дигидроксибензол) применяют как антисептики (антибактериальные обеззараживающие вещества), вводят в состав дубителей для кожи и меха, как стабилизаторы смазочных масел и резины, а также для обработки фотоматериалов и как реагенты в аналитической химии.

В виде отдельных соединений фенолы используются ограниченно, зато их различные производные применяют широко. Фенолы служат исходными соединениями для получения разнообразных полимерных продуктов – феноло-альдегидных смол, полиамидов, полиэпоксидов. На основе фенолов получают многочисленные лекарственные препараты, например, аспирин, салол, фенолфталеин, кроме того, красители, парфюмерные продукты, пластификаторы для полимеров и средства защиты растений.

Мировое потребление фенола имеет следующую структуру:

· 44% фенола расходуется на производство бисфенола А, который, в свою очередь, используется для производства поликарбона и эпоксидных смол;

· 30% фенола расходуется на производство фенолформальдегидных смол;

· 12% фенола гидрированием превращается в циклогексанол, используемый для получения искусственных волокон – нейлона и капрона;

· остальные 14% расходуются на другие нужды, в том числе на производство антиоксидантов (ионол), неионогенных ПАВ – полиоксиэтилированных алкилфенолов (неонолы), других фенолов (крезолов), лекарственных препаратов (аспирин), антисептиков (ксероформа) и пестицидов.

· 1,4% фенола применяется в медицине (орасепт), как обезболивающее и антисептическое средство.

6. Токсические свойства

Фенол ядовит. Вызывает нарушение функций нервной системы. Пыль, пары и раствор фенола раздражают слизистые оболочки глаз, дыхательных путей, кожу (ПДК 5 мг/м³, в водоёмах 0,001 мг/л).

ГОУВПО ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Медицинский институт

Специальность «Фармация»

Итоговый междисциплинарный экзамен

Экзаменационный билет №11

1. На фармацевтические предприятия и в аптеки поступает лекарственное растительное сырье, заготавливаемое от растения Arctostaphyllosuva-ursi (L.) Spreng., сем. Ericaceae.

При аналитическом контроле критериев качества сырья установлено, что в сырье содержание действующих веществ составило 8%; влажность 10,5%; золы общей 3,3%; золы, нерастворимой в 10% растворе хлористоводородной ки­слоты 1%; побуревших и потемневших листьев 2%; других частей растения (веточки, плоды) 4%, органической примеси 0,2%; минеральной примеси 0,1 %.

Проанализируйте полученные результаты и сделайте заключение о качестве сырья и возможности его дальнейшего использования. Поясните свое решение.

Дайте краткую характеристику растению и видам сырья. Какую жизненную форму имеет растение, где оно произрастает (ареал, места обитания), каковы особенности сбора сырья?

Укажите химический состав сырья и формулу основного действующего вещества. К какому классу веществ оно относится? Объясните, какие физико-химические свойства действующих веществ используют в фармакопейных методиках качественного и количе ственного определения.

К какой фармакологической группе относится сырье? Какие препараты получают из сырья?

2. При оценке качества вещества «3» было отмечено, что в образцах одной серии его внешний вид не отвечал требованиям НД по разделу «Описание» - образцы были отсыревшими и грязно-розового цвета.

Дайте обоснование причинам изменения его качества по данному показателю в соответствии со свойствами и приведите другие испытания, характеризующие качество данного лекарственного вещества:

Приведите русское, латинское и рациональное название препарата. Охарактеризуйте физико-химические свойства (внешний вид, растворимость, спектральные и оптические характеристики) и ил использование для оценки качества .

В соответствии с химическими свойствами предложите реакции идентификации и методы количественного определения. Напиши те уравнения реакций.

Фенолы

Кислотные свойства

Фенолы проявляют значительно большую кислотность, чем спир­ты и вода, однако они слабее угольной и карбоновых кислот, не окрашивают лакмус.

Значения рКа следующие фенол - 9,89, уксусная кислота - 4,76, угольная кислота - 6,12.

Чем стабильнее анион, тем сильнее кислота.

Восстановительные свойства

Фенолы легко окисляются даже кислородом воздуха, поэтому при их хранении возможно появление оттенков (розового, желто­ го, бурого ).

о - Бензохинон

Двухатомные фенолы окисляются быстрее, чем одноатомные . Скорость окисления зависит также от рН среды. В щелочной среде окисление идет быстрее. Вследствие легкости окисления фармако­ пея вводит показатель: цветность . езорцин окисляется с образованием смеси продуктов, но без м-хинонов.

Фенолы хорошо растворяются в водных растворах щелочей с образованием фенолятов , однако данную реакцию нельзя исполь­зовать для количественного определения из-за гидролиза образую­щейся соли.

Фенолы не взаимодействуют с гидрокарбонатами щелочных металлов, потому что слабее угольной кислоты и не могут вытес­нять ее. По реакции взаимодействия с гидрокарбонатами щелоч­ных металлов различаются фенолы и карбоновые кислоты.

Характерной качественной реакцией на фенолы является образование окрашенных комплексов [ Fe ( OR ) 6 ] 3 ~ с солями трехва­ лентного железа . Окраска зависит от количества гидроксильных групп, их расположения, наличия других функциональных групп.

Окраска комплексов производных фенола и железа (III) хлорида

Галогенирование

При избытке бромной воды образуется желтого цвета 2,4,4,6-тетра-бромциклогексадиен-2,5-он:

Наиболее легко идет галогенирование фенолов в щелочной сре­де, но в сильнощелочной среде происходит окисление фенола. Ре­зорцин бромируется в кислой среде, образуя трибромрезорцин, который в воде растворим. Если одно из положений занято (как у тимола), образуется дибромпроизводное:

Реакции галогенирования используются также для количествен­ ного определения фенолов
. Нитрозирование (нитрозореакция Либермана)

На способности препаратов окисляться основана такая реакция подлинности, как индофеноловая проба. В качестве окислителя используют хлорную известь, хлорамин, бромную воду:

Реакции вдут легко, если о- и n-положения не заняты.

Реакции электрофильного замещения

Гидроксильная группа, связанная с ароматическим ядром, в щелочном растворе - сильнейший орто- и пара-ориентант. В связи с этим для фенолов легко проходят реакции галогенирования, нит розирования, нитрования и др .

Нитрозогруппа усиливает подвижность водорода у фенольного гидроксила, происходит изомеризация. Образующийся хинон оксим конденсируется с фенолом:

Данные об окраске образующихся при нитрозореакции Либермана индофенолов представлены в табл.

Таблица 37. Окраска индофенолов (полученных при нитрозировании)

Нитрование

Фенолы нитруются кислотой азотной, разбавленной при ком­натной температуре, с образованием о- и п-нитрофенола :

Добавление раствора натрия гидроксида усиливает окраску вслед­ствие образования хорошо диссоциируемой соли:

Реакция сочетания фенолов с солью диазония в щелочной среде

Фенолы легко вступают в реакцию замещения с солями диазо­ния в щелочной среде с образованием азокрасителей, имеющих в указанной среде окраску от оранжевой до вишнево-красной:

Это общая реакция на фенолы, не имеющие заместителей в орто-и пара-положении. Легче сочетание происходит в пара-положении из-за образования длинной цепи сопряженных связей.

Соль диазония из-за нестойкости готовят непосредственно пе­ред проведением реакции, используя соединения с первичной ароматической аминогруппой:

При образовании азокрасителя рН среды не должна быть выше 9,0-10,0, так как в сильнощелочной среде соль диазония образует не способный к азосочетанию диазогидрат:

^ Диазогидрат Реакции окисления и конденсации

Образование арилметановых красителей происходит при кон­денсации фенолов с альдегид

Арилметановый краситель (красного цвета

Для тимола предлагается реакция конденсации с хлороформом в щелочной среде. Продукт реакции окрашен в красно-фиолето­вый цвет:

Для фенолов со свободным п-положением характерна реакция конденсации с 2,6-дихлорхинонхлоримидом, при этом образуется индофенол:

Образование производного индофенола возможно при нитрова­нии тимола в среде уксусного ангидрида и концентрированной сер­ной кислоты:

Часто используются реакции конденсации фенолов с лактонами (фталевый ангидрид). С фенолом продукт конденсации называется фенолфталеином и используется как индикатор, имеющий в ще­ лочной среде малиновую окраску:

С тимолом образуется тимолфталеин - индикатор, окрашенный в щелочной среде в синий цвет:

Резорцин сплавляют в фарфоровом тигле с избытком фталевого ангидрида в присутствии нескольких капель концентрированной H 2 S 0 4 . Полученный плав желто-красного цвета после охлаждения выливают в разбавленный раствор щелочи. Появляется интенсивно-зеленая флю­ оресценция образующегося в результате реакции флюоресцеина:

Анализ чистоты

В резорцине определяют примесь пирокатехина по реакции с ам­ мония молибдатом. При наличии примеси появляется окраска , интенсивность которой сравнивают с эталонной .

Другая примесь в препарате резорцина - фенол . Примесь фено­ла определяют по запаху , для этого препарат с небольшим количе­ством воды нагревают на водяной бане при температуре 40-50 °С.

В тимоле определяют примесь фенола по реакции с железа (III ) хлоридом. По условию методики ГФ концентрация тимола вслед­ствие малой его растворимости составляет 0,085 %. Окраска комп­лекса тимола с железа хлоридом при такой концентрации не вос­ принимается, а при наличии примеси фенола появляется фиолетова я окраска. Примесь фенола в препарате недопустима .

Количественное определение

Для количественного определения фенолов используется броматометрия: как прямой (тимол), так и обратный (фенол, резор-

цин, синэстрол) способ. В склянку с притертой пробкой помещают препарат, избыток титрованного раствора калия бромата и калия бромида. Подкисляют серной кислотой:

Реакция протекает в течение 10-15 мин; на это время склянку оставляют в темном месте. Затем к смеси прибавляют раствор ка­лия йодида и оставляют еще на 5 мин:

Прямое титрование принято ГФ для количественного определе­ния тимола. В прямом титровании избыточная капля йода изменя­ет окраску индикаторов (метилового оранжевого, метилового крас­ ного ). В обратном титровании выделившийся йод оттитровывают раствором тиосульфата натрия. Индикатор - крахмал .

Следует помнить, что на процесс бромирования влияют условия определения: длительность реакции, концентрация кислоты.

Молярная масса эквивалентов, обозначаемая как M (l / z ) следу­ ющая :

фенол -1/6,

резорцин -1/6,

тимол -1/4,

В обратном способе обязательно проводят контрольный опыт .

Резорцин

Качественные реакции

1. Раствор резорцина от 1 капли раствора хлорида железа принимает разных оттенков синюю, до темно-фиолетовой, окраску.

2. При осторожном нагревании 0,5 г резорцина с 0,1 г винной кислоты и крепкой серной кислотой появляется темное карминово-красное окрашивание.

3. При нагревании резорцина с фталевым ангидридом образуется флуоресцеин:

4. При нагревании нескольких миллилитров 2%-ного раствора резорцина в растворе едкой щелочи на водяной бане и прибавлении нескольких капель хлороформа (или раствора хлоралгидрата) смесь окрашивается в интенсивный красный цвет (отличие от гидрохинона и пирокатехина), переходящий в желтоватый после под-кисления разведенной уксусной кислотой.

5. Бромная вода выделяет осадок - см. Количественное определение.

Количественное определение

Бромометрическое определение основано на том, что бром в избытке взаимодействует с резорцином с образованием трибромре-зорцина:

Избыток брома определяется йодометрически.

1 г резорцина растворяют в воде в мерной колбе на 100 мл и доводят до метки. 25 мл этого раствора переливают в склянку на 500 мл с притертой пробкой, прибавляют 50 мл бромат-бромид-ной смеси (2,7833 г бромата калия и 50 г бромида калия в 1 л раствора), 50 мл воды, 5 мл соляной кислоты (уд. вес 1,15) и оставляют на одну минуту, после чего прибавляют еще 20 мл воды и 1 г йодида калия. Жидкость оставляют на 5 минут и выделившийся йод титруют 0,1 н. раствором тиосульфата натрия (индикатор - раствор крахмала). 1 мл 0,1 н. раствора бромата калия соответствует 0,001835 г резорцина.

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Синтез флуоресцеина

Решил провести эксперименты с флуоресцеином, но готового реактива под рукой не оказалось: пришлось провести пробный синтез. В наличии были фталевый ангидрид и несколько грамм резорцина. За основу взял методику из статьи .

Для пробного эксперимента необходимые количества веществ рассчитывать не стал: просто взял 1 гр фталевого ангидрида, 1 гр резорцина, смешал. Смесь поместил в стаканчик на 50 мл и смочил примерно 0.5 мл концентрированной серной кислоты.

Стаканчик закрепил над включенной электрической плиткой. Смесь расплавилась и стала малиновой. Позже - красновато-коричневой. Нагрев регулировал, то убирая, то подставляя под стаканчик плитку. В целом смесь несильно кипела минут 5. Когда стаканчик снял с плитки, в верхней его части образовались иглы фталевого ангидрида.

Приготовил раствор 0.5 гр едкого натра в 50 мл воды. Смесь нужно было вылить из стаканчика в раствор щелочи, не дав ей остыть - иначе она застынет. В случае с пробиркой (см. цитируемую статью) это, видимо, было несложно, но у стаканчика бОльшая поверхность - смесь застывала. Из стаканчика удалось вылить в раствор щелочи всего лишь несколько капель, которые застыли на дне в виде зеленых шариков. Раствор стал желтовато-зеленым с характерной флуоресценцией.

Остальную часть застывшего расплава было достать из стакана проблематично. Решил: "Если гора не идет к Магомету - не грех сходить к горе". Вместо того чтобы пытаться выколупывать продукт, чтобы перенести его в щелочь, лучше налить щелочь в стакан с застывшей реакционной смесью и подождать, пока она растворится.

В результате получилась темно-зеленая жидкость с осадком. Поставил стаканчик на выключенную, но все еще горячую плитку. Реакционная смесь постепенно отстала от стенок, а жидкость стала коричневой.

Так и оставил на выходные. Потом еще переживал, что стакан нужно было накрыть, чтобы флуоресцеин в щелочной среде не окислялся воздухом (указаний на такую опасность в литературе не встречал, но кто его знает...)

После выходных пришел на работу и посмотрел на свой флуоресцеин (в пятницу оставил стакан с плавом, залитым раствором щелочи на остывающей плитке).

В стакане был желтый раствор (натриевая соль флуоресцеина - уранин) и красный порошок - осадок флуоресцеина. Однако не весь осадок был в виде порошка. На стеклянную палочку налипла масса, похожая на карамель (нерастворившийся плав).

Содержимое стакана профильтровал: образовался желтый раствор, а красный осадок осел на фильтре.

Когда я посмотрел методику получения флуоресцеина из резорцина и фталевого ангидрида , то убедился, что взял фталевый ангидрид в избытке (на 22.5 г резорцина нужно 15 г фталевого ангидрида, я же взял наугад: 1 г резорцина - 1 г фталевого ангидрида).

Именно поэтому не весь плав растворился, среда в стакане была явно не щелочной, а большая часть флуоресцеина находилась в осадке (напомню: флуоресцеин слабо растворим в воде, а его натриевая соль [уранин] - значительно лучше).

Палочку с прилипшей к ней массой перенес в чистый стакан, добавил гранулы едкого натра и немного воды. Плав постепенно растворился, образуя красно-коричневый непрозрачный раствор. Позднее к флуоресцеину, который остался на фильтре, я добавил щелочь и тоже перевел его в раствор. Растворы объединил.

(По большому счету отфильтровывать флуоресцеин было не обязательно: достаточно было максимально слить жидкость с осадка, а к образовавшейся суспензии добавить щелочь. Разумеется, кроме флуоресцеина в полученном растворе также содержится щелочь, сульфат натрия, фталат натрия и, возможно, остатки резорцина, но для дальнейших экспериментов это большого значения не имеет).

Каплю коричневого раствора добавил в трехлитровую банку с водой. Капля постепенно опускалась, образуя вихревые кольца, нити и "облака". Сначала капля была коричневой, потом постепенно стала желто-зеленой с отчетливой флуоресценцией. Неописуемая красота. Позже аналогичный эксперимент провел в пятилитровой банке.

Итак, приступим к экспериментам с флуоресцеином.

____________________________________________________________