指示剂与萤光剂的合成

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1、 E23-1指示劑與螢光劑的合成指示劑與螢光劑的合成 ? 國臺灣大學化學系，大學普通化學實驗，第十二版，國臺灣大學出版中 心：台，民國九十七。 ? 版權所有，需轉載請先徵得同意；疏之處，敬請指正。版權所有，需轉載請先徵得同意；疏之處，敬請指正。 ? 臺大化學系普化教學組陳志昌助教，2007 2 月 10 日。 一、目的：一、目的：認酸鹼指示劑酚酞的結構、製備方法及變色的原；改變酚酞結構 中的取代基以變化其顏色；進而應用酚酞的製備法製備螢光黃及螢光筆。 二、實驗技能：二、實驗技能：學習藥品稱、傾析及酒精燈之使用等技能。 三、原：三、原： （一）酚酞指示劑的製備及顏色變化 酚酞的生成反應是一種多步

2、驟的芳香族取代反應（aromatic substitution reaction） 。合成酚酞的時候，芳香族化合物是具有送電子基，羥基（-OH） 的酚（phenol） 。酞酐（phthalic anhydride）經由酸（H2SO4）觸媒供應質子後所生成的酞酐之共軛酸是反應的親電子試劑： CCOOOOO CCOH+ H+酞酐 酞酐之共軛酸（親電子試劑） 由酞酐生成酚酞的反應如下： O C C O O 2 O HC C O HO O H O + H 2 O酸觸媒 酞酐 酚 酚酞 因為反應過程有酸存在，所以產物是以酚的結構存在。如果在其中加入 氫氧化鈉使其呈鹼性，則因酚中羥基的氫與鹼中和而變成醌型

3、結構，進 一步的脫去另一個酚上酸性的質子使化合物變成紫紅色。此反應是可逆 的，當加入酸時反應向左方進，變回無色的酚酞。 E23-2C C O H O O H O O O -O O HC C + H2OOH - H+ 酸性下的酚酞（無色） 中性下的酚酞（淡黃色） H + OH - + H2OO O -O O -C C （二）取代基對顏色的影響 如果以鄰甲氧基酚（guaiacol）代替酚與酞酐反應，則得 3,3-二甲氧 基酚酞。此化合物在鹼性溶液中因為個額外取代基的影響，使其吸收的 波長往長波長移動（紅位移） ，因此呈色。由此可瞭解有機化合物會受取 代基的影響而改變顏色的有趣現象。 酞酐 鄰甲氧基

4、酚 二甲氧基酚酞 2H+ 2OH - + 2H 2 OO O -O O -C C O C H3H3C O C C O H O O H O H 3 C O O C H 3鹼性（色） 二甲氧基酚酞 酸性（無色） 鹼性下的酚酞（紫紅色） COCOO+OH2COCOOHHO+ H2OOCH3H3COOCH3酸觸媒E23-3（三）螢光黃的合成 以間苯二酚（resorcinol）代替酚與酞酐作用，其生成物的個相鄰 羥基會脫水變成螢光黃。此螢光黃在溶液中以種互變構體（tautomers） 存在。加入鹼時，酚上酸性羥基被中和而發出色螢光。在此溶液中加入 聚乙烯醇（polyvinyl alcohol）則得螢光墨

5、水。 酸觸媒 + H 2 OO H H O 2 C C OO O C CO OO HO H HO O H 酞酐 間苯二酚 C C OO O H H O O H 2 SO 4-H 2 O 螢光黃 互變構體 C H OO O C O H O CO -O C-O O O 色螢光體(鹼性) 2OH- 2H+ 2 H 2 O 本實驗取少酞酐與酚（鄰甲氧基酚或間苯二酚）於試管中，以濃 酸為觸媒，酒精燈焰加熱後即可製得產物。由於合成之產物在水中的溶解 低，因此加入蒸餾水就可讓產物自水中而澱分。 四、儀器與材：四、儀器與材：試管（10 支） 、試管架、試管夾、玻璃棒、筒（10 mL） 、酒 精燈、火柴（打火機

6、） 、棉花棒、小刮匙、滴管（1 mL，4 支） 、乳膠手套、 廣用試紙、紫外光燈及暗箱、活性碳口罩（自備） 、位相機（自備） 。 五、藥品：五、藥品：酚（phenol，C6H5OH）、酞酐（phthalic anhydride，C6H4(CO)2O）、E23-4鄰甲氧基酚 （guaiacol，CH3OC6H4OH） 、間苯二酚 （resorcinol，C6H4(OH)2） 、1 M 氫氧化鈉（sodium hydroxide，NaOH）、1 M 鹽酸（hydrochloric acid， HCl）、95%、10%酒精（ethanol，C2H5OH）、濃酸（sulfuric acid，18 M

7、H2SO4）、聚乙烯醇（polyvinyl alcohol, Mw 2000） 實驗程：實驗程： 測試酸鹼變色固體產物固體產物稱取藥品加加加酒精溶解產物澱加蒸餾水反應加熱玻棒混合均勻HClNaOH)2( ,)1(,、實驗步驟：、實驗步驟： 本實驗反應物可自皮膚吸入，藥品勿觸及皮膚及眼睛；務必戴上乳膠手套及 框式眼鏡；以試管夾、試管架拿取架放試管，並於排氣櫃中加熱。 步驟 示範 （一）酚酞的製備及呈色（一）酚酞的製備及呈色 1 洗淨烘乾5支試管並卻後備用。 稱約0.050.08 g酞酐（約2/3小杓）於乾淨試管 中。以試管夾拿持試管至排氣櫃中滴加酚及濃酸 （排氣櫃中滴加酚及濃酸 （18 M）各）

8、各23滴滴，然後用玻璃棒充分攪拌混合。 注意：酚具腐蝕性，濃酸具脫水性，應戴手套避 免藥品觸及皮膚。 2 於排氣櫃中以酒精燈焰加熱試管內反應物約5秒後移出火焰，以玻璃棒攪拌均勻，再重複加熱及攪拌 操作次，待固反應物消失且呈現均勻橙紅色黏 稠，停止加熱。稍為卻後，加3 mL蒸餾水於 試管內，以玻棒攪拌混合均勻（以上操作均需於排 氣櫃中完成）（以上操作均需於排 氣櫃中完成） 。 註：記加熱過程顏色變化，避免加熱過產生黑 褐色副產物。 3 靜置分鐘待固態產物沉後，以傾析法緩慢將上 層液與固形物分。加入12 mL 95%酒精於試管之 固態產物中，以玻棒攪拌使完全溶解。 註：傾析法之操作請考實驗示範影片

9、。 白色澱產物 E23-54 取部分酚酞酒精溶液（約0.51 mL）於試管中，逐滴滴入1 M NaOH並混合均勻，至溶液呈鹼性，觀 察記顏色變化。 5 於此溶液中，再滴滴1 M HCl(aq)，觀察記顏色 變化。 （二）取代基對顏色的影響（二）取代基對顏色的影響 6 依照步驟（一）的方法，以0.050.1 g鄰甲氧基酚 替代酚，做相同實驗。比較二者反應產物加鹼或加 酸顏色之變化。 註：此反應比使用酚時反應快，加熱時間應較短， 熱至反應混合物均勻則可，注意避免過熱，以致反 應物變成棕黑色。 產物酒精溶液加鹼 產物酒精溶液加酸 （三）螢光黃的合成（三）螢光黃的合成 7 取約0.05 g酞酐及約2/

10、3小杓的間苯二酚置於試管 內，加入2滴濃酸，以玻璃棒充分攪拌混合。 注意：濃酸為強酸，具腐蝕性及脫水性，使用時 應避免觸及皮膚。 8 在酒精燈焰上和緩地邊加熱邊攪拌，至反應混合物 變成暗紅褐色時停止加熱，在室溫下卻。 註：生成的螢光黃加熱至熔點（315oC）時會分解。 因此加熱時，要使試管斷進出火焰，以免溫過 高。 E23-69 稍為卻後，加3 mL的蒸餾水於試管內，以玻棒攪 拌清洗反應混合物。 靜置分鐘待固態產物沉後，以傾析法將上層液 與固形物分。 以玻棒取出少固化物，放入一試管中，逐滴加入95%酒精將其溶解。 產物溶於酒精 10 取此溶液23滴，置於另一試管，用10% 酒精水 溶液稀釋至溶液呈微黃色為止。 11 在試管後面襯一張黑紙，以吸管滴加一滴NaOH， 觀察溶液顏色。 12 將試管置於紫外光燈暗箱中分別以長波長（366 nm）及短波長（254 nm）的紫外光照射此試管內溶 液觀察顏色變化。 注意：應避免紫外光照射眼睛或皮膚。 13 剩下的酒精溶液中加入聚乙烯醇（約0.10.2 g） ， 溶液充分混合後，以棉花棒沾取溶液，試在紙上寫 字。 14 實驗結束後，試管、玻璃棒等器具先以少10%酒 精溶液洗，第一次洗液倒入廢液回收桶中，再將 試管刷洗乾淨。