quimico
2015-06-21 11:41
Premessa. Questa sintesi non è la migliore ma per far pratica può andare bene. Sicuramente si può migliorare e spiegherò come. È un fatto generalmente accettato che i cambiamenti chimici che si accompagnano a drastici cambiamenti di colore servono a rafforzare l'entusiasmo degli studenti e l'interesse nello studiare chimica. Diversi sistemi di reazione che indicano tali cambiamenti di colore sono stati continuamente investigati per sviluppare materiali di insegnamento efficaci [1-2]. L'equilibrio di dissociazione del protone della fenolftaleina, che indica il cambiamento di colore tra incolore e rosso-violetto tramite lo shift di equilibrio, è uno dei più popolari fenomeni di cambiamento di colore tra gli studenti, a causa dei vari utilizzi che questo indicatore ha, specie come indicatore acido-base per reazioni di neutralizzazione, fontana di ammoniaca, e così via [3-4]. Oltre alla convenzionale sintesi, la condensazione acido-catalizzata del fenolo con anidride ftalica che impiega acido solforico, viene proposta la preparazione della fenolftaleina usando acido p-toluenesolfonico quale catalizzatore acido, assieme ad una procedura per una estrazione acido-base della fenolftaleina prodotta. Preparazione convenzionale su piccola scala della fenolftaleina. Una miscela di fenolo (2.0 g, 21 mmol), anidride ftalica (1.5 g, 10 mmol), e acido p-toluenesolfonico monoidrato (190 mg, 1 mmol) è stata posta in un pallone a fondo tondo da 30 mL equipaggiato con una ancoretta magnetica, un condensatore ad aria, ed un bagno ad olio con un termometro. La miscela di reazione è stata scaldata a 150 °C per 3 h sotto vigorosa, costante agitazione. Dopo aver fatto raffreddare a t.a., 10 mL di acqua e 10 mL di diclorometano sono stati aggiunti alla miscela di reazione, e la soluzione risultante è stata trasferita in un imbuto separatore da 50 mL. La fase organica inferiore viene fatta scendere in una beuta da 50 mL. La fase acquosa rimanente è stata estratta successivamente con 10 mL di diclorometano e lo stato organico separato è stato raccolto nella stessa beuta di cui sopra. Le fasi organiche combinate sono state messe di nuovo nell'imbuto separatore e rese alcaline tramite aggiunta di 5 mL di una soluzione 2M di NaOH. Dopo che l'estratto è stato diluito con 10 mL di acqua, la fase organica inferiore è stata raccolta a parte e la fase organica superiore viene raccolta dall'imboccatura dell'imbuto e posta in un'altra beuta da 50 mL. La soluzione acquosa è stata acidificata con 5 mL di una soluzione 2M di HCl per isolare la fenolftaleina come fibre bianch, simili a muschio, che sono state separate tramite filtrazione per suzione. Resa: 735 mg (22%). Pericoli. Il fenolo ed il diclorometano sono irritanti e cancerogeni. Al fine di evitare il contatto con il fenolo, la preparazione andrebbe condotta sotto cappa. Le soluzione di acidi e basi sono corrosive. È obbligatorio l'uso di occhiali di protezione, guanti protettivi, ed un camice adatto. Lo smaltimento dei rifiuti connessi deve essere fatto secondo le norme vigenti, usando contenitori appositi. Nel metodo convenzionale, un largo eccesso di fenolo viene fatto reagire con anidride ftalica su una piastra riscaldante e alcune gocce di acido solforico concentrato vengono usate come catalizzatore acido [5], ma questa dura condizione spesso causa sovra-reazioni indesiderate quali carbonizzazione ed oligomerizzazione, che impediscono l'ottenimento di rese elevate ed un facile isolamento del prodotto. Per superare queste difficoltà pratiche si è cercato di utilizzare zeoliti quali catalizzatori soldi acidi [6] e per accelerare la reazione di condensazione si usano le microonde [7]. Sebbene queste modificazioni siano disponibili in un laboratorio di sintesi specializzato, è impensabile che in un laboratorio casalingo siano accessibili catalizzatori come le zeoliti, un apparato di irradiazione con microonde, che sia possibile riprodurre la reazione, e così via. Così si è visto che derivati dell'acido p-toluenesolfonico possono essere impiegati come catalizzatori acidi per la preparazione della fenolftaleina. L'acido p-toluenesolfonico è un'ottima scelta perché è facile da maneggiare e garantisce una riproducibilità dei risultati sperimentali. La quantità ottimale di acido p-toluenesolfonico è circa il 10 mol%, con minori quantità si ha una diminuzione delle rese. Si è scoperto inoltre che il controllo della temperatura di reazione è stato particolarmente importante nel prevenire sovra-reazioni. Regolando la temperatura di modo da essere circa 150 °C, il prodotto è stato ottenuto con rese ragionevoli, sebbene siano necessarie 3 h per il completamento della reazione. In questa procedura una quantità stechiometrica di fenolo è stata impiegata al fine di evitare sotto reazioni del fenolo, che causano lo svantaggio di limitare la resa a valori troppo bassi. D'altro canto, ha anche il vantaggio che il processo di isolamento è libero da tediosi trattamenti per eliminare l'eccesso di fenolo e i sottoprodotti tramite distillazione frazionale e cromatografia normalmente usati nei metodi convenzionali. Queste condizioni di reazione possono anche essere applicate a derivati della fenolftaleina. L'altro vantaggio di questa preparazione è che l'isolamento del prodotti è semplicemente fatto tramite una estrazione acido-base accompagnata da cambiamento di colore. All'inizio, fenolo ed acido p-toluenesolfonico sono facilmente rimossi sciogliendoli in acqua. Quando la soluzione 2M di NaOH è aggiunta alla fase organica contenente il prodotto e l'anidride ftalica, solo il prodotto può reagire con l'idrossido formando la specie rosso-violetto che si dissolve nella fase acquosa. Quando la fase acquosa colorata di rosso-violetto è acidificata con una soluzione 2M di HCl, la soluzione ridiventa incolore formando una sospensione bianca e la fenolftaleina precipita come solido bianco. Riferimenti: [1] N. Koga, A. H. A. Oliveira, K. Sakamoto, Chem. Educator, 13, 344 (2008). [2] T. Kimizu, Y. Yamane, T. Nii, N. Koga, Kagaku-to-Kyoiku, 56, 408 (2008), in Japanese. [3] Charles A. Peters, Bryan C. Redmon, J. Chem. Educ., 7, 525 (1940). [4] Bruce R. Prall, J. Chem. Educ., 85, 527 (2008). [5] S. Kozuka, Kagaku-kyoiku., 31, 222 (1983), in Japanese. [6] F. Wakabayashi, H. Matsuhashi, K. Yamagata, W. Ueda, H. Hattori, The 88th annual meeting of the Chemical Society of Japan, 4E7-10 (2008), in Japanese. [7] J. Nakamura, The 88th annual meeting of the Chemical Society of Japan, 3PC-003 (2008), in Japanese.
I seguenti utenti ringraziano quimico per questo messaggio: luigi_67, thenicktm, ohilà
Tra l'altro avevo già riportato la medesima sintesi 
ma non come oggi 