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FENOLFTALEÍNA Y FLUORESCEÍNA Juan Pablo Chiquito Loaiza (1734209), María Paola Mora Andrade (1723247) [email protected], marí[email protected] Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad del Valle, A.A. 25360 Fecha de realización: 26 de agosto de 2019 Fecha de entrega: 10 de septiembre de 2019 RESUMEN Durante la práctica se sintetizaron dos indicadores, fenolftaleína y fluoresceína, a partir de anhídrido ftálico, fenol y resorcinol respectivamente. Se realizaron pruebas de caracterización para ambos compuestos obtenidos, mostrando la capacidad de indicador acido-base de la fenolftaleína al agregar NaOH y HCl y comprobando la propiedad de fluorescencia en la fluoresceína mediante el uso de lámpara UV, concluyendo que los métodos utilizados para la síntesis de los indicadores fueron efectivos.

1.

adicionó ácido clorhídrico la solución se tornó de nuevo incolora

DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS

En la práctica se realizó la síntesis de dos indicadores, fluoresceína y fenolftaleína utilizándose como partida el anhídrido ftálico, en presencia de resorcinol para el caso de la fluoresceína y fenol para la fenolftaleína. A continuación se muestran las cantidades que se usaron para cada síntesis

Componente Anhídrido ftálico Resorcinol Ácido sulfúrico concentrado Agua

Tabla 1. Compuesto y cantidad usada para la síntesis de la fenolftaleína. Componente Cantidad empleada Anhídrido ftálico 0.2 ± 0.1 g fenol 0.2 ± 0.1 g Ácido sulfúrico concentrado 4 gotas Etanol 3 ± 0.01 mL

Cantidad empleada 0.1 ± 0.1 g 0.2 ± 0.1 g 4 gotas 1.0 ± 0.01 mL

Figura 2. Síntesis de la fluoresceína Cuando se adicionó 1.0 ± 0.01 mL de hidróxido de sodio 2M a 4 gotas de fluoresceína contenidas en un balón de 100 mL diluido en suficiente agua, la solución se tornó a una coloración verde-amarillo.

2.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Un indicador se caracteriza por el cambio en sus propiedades ópticas al cambiar de estado, siendo este reversible. La primera propiedad hace referencia a que las moléculas reaccionan con el sistema, por ejemplo con una cantidad de iones

Figura 1. Síntesis de la fenolftaleína. Cuando se adicionó hidróxido de sodio a 5 gotas de la fenolftaleína obtenida, la solución paso de ser incolora a tomar una coloración rosada, cuando se 1

hidronio, los cambios de estructura que presentan están vinculados con los cambios de las propiedades ópticas.1 La fenolftaleína es un sólido incoloro que se disuelve fácilmente en las disoluciones alcalinas con formación de un color rosa intenso. 2 En la síntesis de fenolftaleína, el anhídrido ftálico tiene la función de componente electrofílico, donde el grupo fenol es un orientador para y orto en la reacción. Se dice que el anhídrido ftálico es un componente electrofílico, debido a que ataca al anillo aromático del fenol, para obtener un producto sustituido en para.3 El producto de esta reacción es insoluble en agua pero es soluble en alcohol y en medios básicos, por lo tanto en la práctica se disolvió en alcohol.4 Ver anexos. La fenolftaleína es un tipo de indicador de pH, para que esto suceda es necesario que la molécula presente un equilibrio, ver Ec 1, entre su estructura en medio básico y en medio ácido, además que su espectro de absorción sea diferente con cada estructura.1 𝐼𝑛𝐴 ⇌ 𝐼𝑛𝐵 + 𝐻+ Ec. 1

Al igual que en la fenolftaleína, en la fluoresceína el anhídrido ftálico es el componente electrofílico de la reacción, donde el ácido sulfúrico es el catalizador. El color observado después de su dilución con hidróxido de sodio corresponde a la forma dianiónica, ver anexos , en donde el grupo xanteno no se encuentra conjugado con el grupo carboxílico.7 En la fluorescencia la excitación de un electrón se debe a la absorción de fotones, esta excitación es debida a la promoción de un electrón de un estado fundamental de energía a un nivel de energía mayor, en el que adquiere una configuración excitada. Una molécula excitada puede volver a su estado fundamental por varias etapas. Pero el camino más propicio corresponde al que minimiza el tiempo de vida del estado excitado y por tanto en la fluorescencia se presenta una emisión radiante, pues es el más rápido que el no radiante. En la fluorescencia se presentan emisiones π*→π y π*→n, debido a que la energía para excitar transiciones σ→σ* del orden de 200 nm (140 kcal/mol), es demasiada alta y puede provocar disociación en algunos enlaces moleculares. La emisión que se produce entre la excitación n→π* y π→π* dependerá de cuál de las dos sea menos energética. Como resultado las transiciones más frecuentes en fluorescencia corresponden a la transición π→π*, puesto que es de más baja energía que la transición n→π*, además el tiempo asociado con la transición π→π* (10-9-10-7s) es más corto que el n→π* (10-7-10-5s), por tanto es más frecuente, ya que la desactivación de una molécula procede por el camino donde se minimice el tiempo de vida del estado excitado. Los compuestos que presentan transiciones π→π*, es decir, que contienen grupos funcionales aromáticos y algunos con grupos carbonilo en estructuras alifáticas, o sistemas de dobles enlaces muy conjugados pueden presentar fluorescencia. La fluorescencia de un compuesto también depende del pH, ya que la longitud de onda y la intensidad de la emisión son diferentes para la estructura en medio ácido como básico, principalmente por los cambios resonantes y su respectiva emisión de la estructura.

Cuando se agregó hidróxido de sodio a la solución de fenolftaleína, se observó un cambio en el color y esto se debe a la modificación de la estructura. La forma lactoide es estable a un pH ácido, en cambio al aumentar el pH en el intervalo de 8-9 el anillo γlactona se rompe, siendo característico el cromóforo trifenilmetano el que colora la solución.5

Figura 3. Fenolftaleína medio básica.6 2

El cambio de color de la fluoresceína con el tiempo, se debe a la presencia de especies paramagnéticas como el oxígeno, este favorece el cruce entre sistemas y en consecuencia disminuye la fluorescencia. El cruce entre sistemas se debe a que el spin del estado excitado se invierte y por tanto los niveles se solapan, convirtiéndose esta transición más probable que la fluorescencia.8

fluorescencia, en la evaluación intraoperatoria del flujo sanguíneo en resecciones quirúrgicas, en tonometría de aplanamiento y se utiliza para detectar ulceras corneales. Es utilizada, además, en la industria para el rastreo de aguas y también en operaciones de búsqueda y rescate.10 CONCLUSIONES

3.

Al realizar las pruebas de caracterización de los dos compuestos obtenidos (fenolftaleína y fluoresceína), y observar el rango de viraje de estos indicadores cuando se agregaron ácido y base, se pudo comprobar la efectividad de la síntesis realizada.

SOLUCIÓN A PREGUNTAS

1. Realice un posible mecanismo para la síntesis de la fluoresceína y la fenolftaleína

Con el compuesto sintetizado, fluoresceína, se pudo comprobar la propiedad de la fluorescencia, mediante el uso de la lámpara UV.

Ver anexos

La utilización de fenolftaleína y fluoresceína como indicadores, se deben a cambios estructurales dependientes del pH, que reflejan variaciones en la longitud de onda adsorbida y emitida, que pueden ser detectados a simple vista.

2. ¿Cómo prepararía el indicador rojo congo? El rojo congo se sintetiza mediante el acoplamiento de bencidina bis-diazotada con dos moléculas de ácido naftiónico. El tinte azul así obtenido se convierte en su sal roja disódica durante su salazón con cloruro de sodio.9

BIBLIOGRAFÍA (1) Hunger, K. Disperse Dyes. Industrial Dyes: Chemistry, Properties, Applications. WILEY-VCH: Darmstadt, 2003. Pp. 585586. (2) Química orgánica simplificada - Rudolph Macy Google Libros https://books.google.com.co/books?id=Qrvz EPZU2ygC&pg=PA451&lpg=PA451&dq=i ndicadores+ftaleina+y+fluorescina&source= bl&ots=HoPJiWEktb&sig=ACfU3U1rHw0 9o9zSSGJ7wBukLa8rhaRfOQ&hl=es&sa= X&ved=2ahUKEwiE2M2z38fkAhXQmVk KHZaGC6kQ6AEwC3oECAkQAQ#v=one page&q=indicador (accessed Sep 10, 2019). (3) Zollinger, H. Color chemistry: syntheses, properties and applications of organic dyes and pigments. 3 ed. Suiza: Wyley-VCH. 2003. Pp. 106-108.

Figura 4. Síntesis del rojo congo.9 3. Indique aplicaciones en las cuales la fluoresceína tenga un rol relevante. La fluoresceína tiene varias aplicaciones, gracias a su propiedad de fluorescencia es utilizada en la rama de la medicina, específicamente en la oftalmología; es usada en la angiografía con 3

(4) Pillai, C. N. Textbook of organic chemistry. India: Universities press. 2009. Pp 612-613. (5) Wittke, Georg. Reaction of phenolphthalein at various pH values. J. Chem. Edu. 1983. 60 (3). P. 239. (6) Santo, E. M. ¿Qué Mejoras Se Han Alcanzado Respecto a La Educación Científica Desde El Enfoque Ciencia-TecnologíaSociedadAmbiente En El Nuevo Currículo Oficial De. Rev. Lusófona Educ. 2006, Vol.8 (1). P 95. (7) Monique M. Martin, Lars Lindqvist. The pH dependence of fluorescein fluorescence, J Luminescence. 1975. 10 (6). Pp. 381-390.

(8) Skoog, D.; Holler, F.; Nieman, T. Principios de análisis instrumental. 5ed. España: McGraw Hill, 2001. Pp 381-391 (9) Crystal, P. L.; Chattopadhyay, D. P.; Dyeing, I.; Red, C. Congo Red Learn More about Congo Red Chemistry of Dyeing. 2011. P. 2. (10) Bennett, T. J.; State, P.; Eye, H. Fluorescein Fundamentals - Ophthalmic Photographers ’ Society. 2014, 1–6.

4

Anexos.

Figura 5. Mecanismo de la fenolftaleína. 5

Figura 6. Mecanismo fluoresceína.

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