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SÍNTESIS DE LA FLUORESCÍNA Universidad del Quindío. Facultad de Ciencias Básicas y Tecnológicas. Programa de Química Presentado a: Fernando Agudelo Aguirre

19/11/2015

Cristian Camilo Morales Quintero. ([email protected])

RESUMEN En la práctica de laboratorio se realizó La síntesis de la fluoresceina , un compuesto heterocíclico oxigenado cuya estructura puede desconectarse a Anhídrido ftálico y resorcinol, el cual fue el cual fue preparado por estos dos últimos en medio ácido (ácido sulfúrico concentrado). Luego de su obtención, la Fluoresceina fue analizada mediante espectroscopia infrarroja. Después de haber realizado los debidos procedimientos de laboratorio y el manejo adecuado del compuesto obtenido, se obtuvo 0.4035 gramos cuyo punto de fusión es de 320°C con un porcentaje de rendimiento de 66.27%

INTRODUCCIÓN La Fluoresceina es una sustancia colorante insoluble. Es de color amarillo ya que pertenece al grupo de las xantinas las cuales producen un color verde fluorescente de alta intensidad cuando se encuentra en medio básico; mientras que cuando se encuentra en medio ácido, este presenta un color entre amarillo y verde. Cuando se encuentra expuesta a la luz, la fluoresceína absorbe ciertas lingitudes de onda que posteriormente emite en una luz fluorescente con una longitud de onda más prolongada. Este compuesto es normalmente usado para el diagnóstico de lesiones comeales y trauma comeal; aunque también puede ser usada por inyección en la vena cubital tardando un tiempo medio de 10 a 15 min en aparecer en los vasos coroideos y retinarios permitiendo detectar anomalías vasculares en el fondo del iris. Común mente es empleado para detectar venas escondidas o inaccesibles

Figura 1: Reacción general para la formación de la Fluoresceina

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MÉTODOLOGÍA EXPERIMENTAL  MATERIALES    

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1 tubo de ensayo de 125 x 10 mm. 4 tubos de ensayo pequeños 3 Beaker de 25 mL 1 Equipo para filtración al vacío (matraz Kitasato pequeño, embudo Buchner, bomba de vacío y manguera 2 Pipetas graduadas de 1.0 mL 1 Pipeta graduada de 10 mL 2 Pipetas Pasteur 1 Agitador de vidrio 2 Beaker 50 mL 1 Mortero con pistilo 1 Estufa eléctrica 1 Parrilla de calentamiento 1 Pinza metálica para tubo de ensayo 1 Termómetro (0-300 ºC) 1 Balanza de cuatro cifras decimales 1 Beaker 400 mL 1 Espátula metálica

1 Probeta 100 mL 15 hojas de papel filtro 1 Lámpara ultravioleta

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 REACTIVOS    

    

Resorcinol (o mdihidroxibenceno) C6H6O2 Anhídrido ftálico, C8H4O3 Ácido sulfúrico concentrado, H2SO4 50 mL de ácido sulfúrico para utilizar como solución de baño maria (se desecha al terminar la práctica) 10 mL Ácido clorhídrico concentrado 20 mL solución ácido clorhídrico 1.0 M 100 mL solución NaOH 1.0 M 2.0 Litros de agua destilada Frasco de desechos químicos

 PROCEDIMIENTO En un tubo de ensayo de 125 x 10 mm se colocan 0.15 g de anhídrido ftálico y 0.22 g de resorcinol que se han molido finamente en un mortero. Se añaden 0.05 mL de ácido sulfúrico (o bien 1 gota) y la mezcla se calienta a 180°C hasta que se observe la formación de una masa sólida de color café oscuro, lo cual ocurre 20 a 30 minutos más tarde. El contenido del tubo se vierte con mucho cuidado en una mezcla de 2 mL de agua destilada y 0.1 mL de ácido clorhídrico contenidos en un vaso de precipitado de 25 mL. Para extraer el resto de fluoresceína que permanece pegada al tubo de ensayo, se calienta el tubo con un poco de agua y se agrega a la primera porción. La mezcla se calienta por otros 10 minutos y, con la ayuda de una varilla de vidrio, se procura desintegrar la fluoresceína sólida. Se filtra a vacío sobre un papel previamente pesado y se lava con un poco de agua helada. El precipitado se seca y pesa para calcular el rendimiento de la reacción.

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Con unos 3 mL de los lavados, en un pequeño vaso de precipitado se observa el color de la luz reflejada y el efecto de la luz de una lámpara ultravioleta, procurando no mirar directamente la luz UV y usando la onda corta de 370 nm. En otro vaso se añaden 5 mL de una disolución 1 M de hidróxido de sodio, se agrega un poco de fluoresceína recién preparada, y se observan la luz reflejada y el color de la disolución bajo luz UV. En un matraz pequeño se colocan 0.5 mg de fluoresceína y se agregan 10 mL de disolución 1.0 M de HCl; en otro se agregan 10 mL de agua destilada y en un tercero 10 mL de solución 1.0 M de NaOH. A continuación se obtienen los espectros UV-Visible (ver Figura) de las tres disoluciones y se comparan.

ANÁLISIS DE RESULTADOS Y CÁLCULOS  Punto de fusión: 320°C  Peso de la Fluoresceina: 0.4035 gramos Moles del Anhídrido Ftálico w Anhídrido ftálico =0,15 g× 0,14925 g ×

99,5 g =0,14925 g Anhídrido ftálico 100 g

1 mol =0,001 mol Anhídrido ftálico 148,1166 g

Moles de Resorcinol 99 g =0,21978 g Resorcinol 100 g 1 mol 0,21978 g × =0,00199 mol Resorcinol 110,1114 g w Resorcinol =0,222 g ×

Dado que la reacción es 1:2, se puede notar que el reactivo límite es el Resorcinol

2 mol Resorcinol =0,002 mol Resorcinol 1 mol Anhídrido ftálico 1 mol Anhídrido ftálico =0,00099 mol Anhídrido ftálico 0,00199 mol Resorcinol× 2 mol Resorcinol 0,001 mol Anhídrido ftálico×

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Peso de la Fluoresceina teórico

0,4035 g Resorcinol ×

332,3098 g Fluoresceína =0.60885 g Fluorsceina 220,2228 g Resorcinol

Rendimiento de la reacción: %Rendimiento=

w experimental x 100 w teórica

%Rendimiento=

0.4035 x 100=66.2724 % 0.60885

 ANALISIS En un mortero se agregaron Resorcinol y Anhídrido Ftálico los cuales fueron macerados y mezclados, posteriormente fueron adicionados en un tubo de ensayo en donde se les adicionó una gota de ácido sulfúrico concentrado y calentamiento constante, que originó una mezcla de color rojizo. Dado a que durante este proceso hubo presencia de sólidos, se calentó por 30 min para fundirlos. Finalmente se filtró y se lavó con un poco de agua destilada. El precipitado se seca y el filtrado fue puesto en luz ultravioleta el cual presentó una fluorescencia intensa en medio básica mientras que en medio ácido su intensidad fue leve. Después de haber hecho los cálculos pertinentes, se determinó que el porcentaje de rendimiento de la Fluoresceina es de 66.27% cuyo punto de fusión es 320°C . ANÁLISIS DEL ESPECTRO INFRARROJO

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Figura 2: Espectro infrarrojo de la Fluoresceina

CONCLUSIONES  Por medio de la lectura del espectro infrarrojo se puede evidenciar que se logró la síntesis del compuesto deseado.  La obtención de la Fluoresceina se puede lograr utilizando Anhídrido Ftálico y Resorcinol en medio ácido.  Después de haber realizados los respectivos análisis y cálculos pertinentes se pudo evidenciar que se obtuvo un porcentaje de rendimiento del 66.27% cuyo punto de fusión es de 320°C lo cual quiere decir que el compuesto se encuentra en el rango adecuado respecto al punto de fusión teórico del compuesto el cual es de 314°C

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CUESTIONARIO 1.

Consulte la estructura de al menos otros dos pigmentos fluorescentes.

Quinina: la quinina tiene fluorescencia por producción quántum, lo que genera un efecto luminoso cuando es vista bajo la luz ultravioleta. La "producción quántum" mide qué tan eficientemente la luz absorbida crea un efecto óptico. Una sustancia como la quinina se vuelve fluorescente cuando los fotones de la luz absorbida liberan fotones en otra longitud de onda. Cuando los fotones están bajo la luz en el rango ultravioleta y las emisiones activadas en el rango visible, la sustancia brillará bajo la luz negra. Incluso en cantidades pequeñas, la quinina tiene estas propiedades ópticas. Las mezclas que contienen quinina, incluyendo el agua tónica, emiten fotones visibles cuando se colocan bajo la luz ultravioleta, creando un efecto de luz azul verdosa.

Fluoreno: es un hidrocarburo aromático policíclico. Forma cristales blancos que presentan una característica, olor aromático similar al de la naftalina. Tiene un color violeta de fluorescencia, de ahí su nombre.

2. ¿Por qué es diferente el color de la disolución de fluoresceína en medio ácido, básico y neutro? ¿Qué cambios estructurales se producen en la molécula a consecuencia del medio ácido o básico? El cambio de color de la fluoresceína cambia en medio acido, básico y neutro debido a que uno de los factores que afecta la fluorescencia en una sustancia es el cambio de pH. La

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presencia de grupos donadores de electrones, como -NH2 y -OH favorece la fluorescencia, puesto que aumentan la probabilidad de transición entre el estado singulete de menor energía vibracional y el estado fundamental. La introducción de un átomo de número atómico elevado en un sistema de electrones π suele aumentar la fosforescencia, en detrimento de la fluorescencia. Los grupos aceptores de electrones, como -COOH, -NO2, -N=N- y X disminuyen y, en ocasiones inhiben la fluorescencia. -

Como cambia la estructura

Influencia del pH: el espectro de fluorescencia de muchos compuestos aromáticos conteniendo grupos funcionales ácidos o básicos es sensible al pH. Los cambios en la emisión de los compuestos de este tipo provienen del número de especies resonantes diferentes que están asociadas con las formas ácidas o básicas de las moléculas. Así, por ejemplo, la anilina, en medio neutro y alcalino presenta fluorescencia en la región visible, pero dicha fluorescencia desaparece en medio ácido. Otro cambio se da al reaccionar la fluoresceína con NaOH produce un nuevo compuesto llamado uranina intensificando la fluorescencia de color amarillo verdoso.

3. Investigue qué es un espectro de absorción y uno de emisión Espectro de absorción: se presenta cuando un sólido incandescente se encuentra rodeado por un gas más frio, el espectro resultante muestra un fondo interrumpido por espacios oscuros denominados líneas de absorción, porque el gas ha absorbido de la luz aquellos colores que éste irradia por sí mismo. Suele ocurrir que unos cuerpo absorben sólo la radiación de unas determinadas longitudes de onda y no aceptan absorber otras de otras

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longitudes, por lo que cada cuerpo, cada elemento químico en la práctica, tiene su propio espectro de absorción, el cual se corresponde con su espectro de emisión, al igual como si fuera el negativo con el positivo de una película. En la naturaleza se da también que otros cuerpos absorben radiación de otros cuerpos dejando rayas negras. Espectro de emisión: mediante suministro de energía calorífica, se estimula un determinado elemento en su fase gaseosa, sus átomos emiten radiación en ciertas frecuencias del visible, que constituyen su espectro de emisión. Ninguno de estos se repite. Por ejemplo, algunos de ellos lo hacen en el infrarrojo y otros cuerpos no. Ello depende de la constitución específica de cada cuerpo, ya que cada uno de los elementos químicos tiene su propio espectro de emisión. 4. ¿En qué difiere el color de las disoluciones observadas a simple vista de aquellas observadas bajo luz ultravioleta? ¿Cómo se nombra tal propiedad de las sustancias? La fluoresceína en medio acido es de color amarillo con fluorescencia baja, en medio básico posee un color verde con fluorescencia muy intensa y finalmente en medio neutro es amarillo verdoso con fluorescencia media. La propiedad en donde cambia el color es la fluorescencia que es un tipo particular de luminiscencia, que caracteriza a las sustancias que son capaces de absorber energía en forma de radiaciones electromagnéticas y luego emitir parte de esa energía en forma de radiación electromagnética de longitud de onda diferente. 5. Observando los espectros UV-Vis obtenidos, ¿en qué difieren? ¿Tal diferencia es observable a simple vista? Estos difieren en la irradiación con la radiación electromagnética del intervalo que va de 300nm a 800nm. Los espectros obtenidos son una gráfica de las longitudes de onda que la molécula absorbe, pero el color que observamos es en realidad la combinación de aquellas longitudes de onda que la molécula nos devuelve. La radiación absorbida por la molécula le provoca una transición electrónica, que es un cambio en forma por la molécula y tamaño de su nube de electrones. Posteriormente la molécula regresa a su estado inicial, o basal, disipando la energía recibida, vibrando, rotando deformándose o emitiendo luz, este último fenómeno permite obtener los espectros de emisión de la molécula. Los espectros UV-Vis obtenidos son:

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La diferencia en estos espectros ultravioletas visibles son las ondas generadas por las longitudes de onda causadas por la excitación electrónica por los rayos UV con respecto a las emisiones de calor del compuesto. BIBLIOGRAFÍA

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 Wade, L.G. Withman Collage. Química Orgánica. Quinta Edición, 2004.  Agudelo A, Fernando. Guía experimental de laboratorio. Síntesis orgánica. 2015  Morrison R. T; Boyd R. N. (1998). Química Orgánica. 5ª Ed. Pearson Addison Wesley. México. pp 686/688, 709.  Vollhardt K; Schore N. (2005). Química Orgánica, estructura y función. 3ª ed. Omega. España. pp

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