SÍNTESIS DE LUMINOL DIVISIÓN DE CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA III AÍDA AIDÉ LUNA PÉREZ Y SERAFÍN CHÁVEZ ORTEGA. ASESOR: CRISTINA ESQUEDA
La luminiscencia es la propiedad que presentan algunos materiales (algunas clases de madera, ciertos minerales y sulfuros metálicos) y seres vivos (como las luciérnagas o los peces de los abismos marinos) de emitir luz cuando son sometidos a determinada temperatura. Esta luz es visible solamente en la oscuridad. La luminiscencia comprende las emisiones de luz visible producidas tanto por la acción de ciertos rayos como por la existencia de reacciones físicas o químicas. Se excluye la radiación originada exclusivamente como consecuencia del calor. Dependiendo de la energía que la origina, es posible hablar de varias clases de luminiscencia: Fotoluminiscencia Fluorescencia Fosforescencia Termoluminiscencia Quimiolumíniscencia Triboluminiscencia Electroluminiscencia Radioluminiscencia
La luminiscencia es producida por las moléculas de materia, que al ser lo
suficientemente excitadas, emiten luz visible. Generalmente, la energía proviene de fuentes externas, como es el caso de la electricidad en las lámparas de neón, o el calor proveniente de una combustión. Sin embargo, también es posible producir luz por medio de reacciones químicas, que tienen como ventaja la baja producción de calor, aunque la emisión es bastante breve. Esta es la llamada luz fría. fría. Existen distintos modos de producir luz fría, como lo es: Fluorescencia: se debe a la absorción de ondas electromagnéticas de alta frecuencia, y la inmediata emisión de fotones de frecuencia más baja, como ejemplo se tienen las lámparas de ultravioleta.
Fosforescencia: consiste en la reemisión progresiva de la energía captada inicialmente por el material, como ejemplo se tienen las pantallas de rayos catódicos.
En cambio, la quimioluminiscencia es propia de reacciones donde uno de los reactivos recibe una alta excitación, con la posterior emisión de luz visible. En la naturaleza se encuentran varias proteínas quimioluminiscentes, como las presentes en las luciérnagas, los peces de la región abisal, y
algunas bacterias. En compuestos químicos hay infinidad, pero el más usado en la industria y la investigación es el luminol. También el luminol permite detectar manchas de sangre ocultas al ojo humano.
Se llevó la mezcla a 120ºC y se aumento hasta una temperatura de 200°C por 10 minutos; a esta temperatura se vuelve una solución café casi negro. Se dejó enfriar a 85°C y se agregó 15mL de agua caliente.
El compuesto quimiluminiscente luminol, es sintetizado a partir del ácido 3-nitroftálico; lo primero para la síntesis es la formación cíclica con hidrazina y finalmente por medio de una reducción del grupo nitro con bisulfito de sodio, se produce el luminol. [2] El mecanismo que se propone es el siguiente: O 2 NO2
-
O
CH3
O
NO2 OH
O H +
2H
O
+
OH
O
O
O NO2
O
-2H2O
H
NH2
H
NH2 NH
NH2
H
O
Na2S2O5 NH
NH O
Se filtró en caliente el nitrocompuesto, obteniendo cristales en forma de polvo de un color café lechoso y las aguas del filtrado fueron de color ámbar.
NH O
Fig. 1[1]
Los cristales se disolvieron en NaOH al 10%, se agitó hasta disolver, y se volvió una solución café casi negro y se le agregó 3 gr de bisulfito de sodio hidratado y se agitó.
Objetivos: *Teórico: lograr la comprensión y metodogía de la síntesis de luminol. *Experimental: lograr la síntesis del producto luminol a partir del ácido 3-nitroftálico y comprobar su luminiscencia.
Técnica aplicada Para la síntesis de Luminol se utilizó 5mmol de ácido 3-nitroftalico, 20mmol de hidrazina hidratada y 3 mL de trietilenglicol. Se calienta en un baño de arena hasta llegar al punto de ebullición del agua para dejar que se evapore. Durante el calentamiento se vuelve una solución amarilla clara transparente.
Se calentó hasta ebullición por 5 min. Al término del tiempo se agrega ácido acético glacial, cuando se le agregó hay efervescencia, una vez terminada la efervescencia se comenzó a precipitar, se puso en baño de
hielo y por último se filtró; obteniendo unos cristales amarillo fuerte, y el filtrado fue de color amarillo claro transparente.
Procedimiento: Se prepararon 2 soluciones: 1) Se pesó 0.1g de luminol, se disolvió en 20 mL de una solución de Na2CO3 al 10%. 2) Se pesó 0.5g de una sal metálica que en este caso fue sulfato de cobre y en el instante se le agregaron 20 mL de una solución del peróxido de hidrógeno del 5%. Por la noche se realizó esta prueba para obtener mayores resultados, se apagó la luz del lugar de trabajo quedando el laboratorio todo oscuro y así poder observar más fácilmente la reacción. La solución recientemente preparada 2 se agregó a la solución 1. Inicialmente en el fondo del matraz se pudo observar una luz de color azul muy tenue pero al cabo de 2 minutos y de una agitación la reacción se llevó completamente a cabo y se logró observar la luz azul brillante.
Cálculos Ácido 3-nitroftálico : 0.005 mol, PM: 211g/mol ⎛ 211 g ⎞ ⎟ ⎝ 1mol ⎠
0.005mol ⎜
=
1.06 g
de ácido 3-nitroftálico
Hidrazina hidratada: 0.02 mol, peso molecular: 50 g/mol, densidad 1.029 g/mL.
1 ml ⎞ ⎛ 50 ⎞g⎛ ⎟ 1.2ml ⎟⎜ ⎝ 1mol ⎠ ⎝ 1.029 g (0.8) ⎠
0.02mol ⎜
=
de hidrazina hidratada
Calculo de rendimiento teórico: El reactivo limitante es el ácido 3-nitroftálico. ⎛ 1mol lumi ⎞⎛ 177 g lumi ⎞ ⎟⎜ ⎟ ⎝ 1mol á c ⎠⎝ 1mol l umi ⎠
0.005mol ác ⎜
=
0.885 g lumi
Producto obtenido= 5g
Rendimiento experimental= 56.5% Punto de fusión=305 °C Discusión de resultados
Procedimiento: Se prepara una solución de luminol con 0.1g de luminol y disolver en 20 mL de Na2CO3 al 10%; y en el instante se agrega 20 mL de una solución de peróxido de hidrógeno al 5%. Posteriormente en la noche y con luz apagada se sumergió la tela que se con manchas de sangre, y se logró observar luminiscencia en el instante.
En ambos casos, como se utiliza el peróxido de hidrógeno, por lo que se propone el siguiente mecanismo de reacción en ambos casos:
Fig. 2[6] La reacción del luminol precisa de un medio alcalino, el cual sirve para disolver y cargar negativamente la molécula. El oxidante, que suele ser Peroxido de Hidrogeno, libera y reemplaza dos de los Nitrógenos, llevando así a la molécula a el mencionado estado de excitación.
Finalmente se obtiene el luminol oxidado y cargado, el fotón, y Nitrógeno gaseoso. Las reacciones de luminol requieren de un catalizador. Usualmente es una sal o metal de transición, los cuales son muy accesibles. Específicamente en el caso de la sangre, el Hierro (Fe) de la Hemoglobina es un poderoso catalizador. Las propiedades de la sangre permiten una excelente optimización de la oxidación del luminol, esta reacción cuenta con la suficiente sensibilidad como para detectar manchas diminutas de sangre, gracias a que puede reaccionar a 1ppm (parte por millón).
Conclusión Fue posible sintetizar el Luminol con un rendimiento del 56.5% , y se puede decir que se obtuvo un compuesto bueno, ya que fue posible observar las reacciones de luminiscencia. En cuanto al punto de fusión que se obtuvo de 305°C se puede decir que estaba contaminado nuestro producto. En cuanto al aspecto físico son muy similares a la de los demás compañeros y a la consultada con el asesor , su apariencia es de cristales finos de color amarillo mostaza. Las pruebas que se realizaron con el luminol fueron satisfactorias, en la primera prueba se observo un color azul luminiscente en gran cantidad y se mantuvo por un buen intervalo de tiempo. En la prueba de la detección de sangre fue posible, porque se observó un color azul luminiscente (se trata de un complejo que se forma con el Fe de la hemoglobina de la sangre). Así, para llevar a cabo las pruebas del luminol, es muy sencillo establecer condiciones básicas para demostrar la quimioluminiscencia del luminol. Solo se
necesita un oxidante, una base, y un catalizador. En este último resalta la sangre al requerir mínimas cantidades y producir un brillo suficientemente consistente e intenso. Por lo tanto la investigación forense puede encontrar de gran utilidad y confianza el uso del luminol como indicador de rastros de sangre.
Bibliografía Ascheson, R.M.; Química Heterocíclica ; 1ª edición en español; México 1981; Publicaciones Cultural. www.shsu.edu/˜chm_tgc/JPPdir/JPP1999/.
