Experimente zu Farbstoffen

Organische und anorganische Versuche ohne weitere Zuordnung.

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Alf
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Experimente zu Farbstoffen

Beitrag von Alf »


Die chemische Synthese von Farbstoffen war ein bedeutender Schritt für die Entwicklung der modernen chemische Industrie in der Mitte des 19. Jahrhunderts und davor lange Zeit nur den obersten gesellschaftlichen Schichten vorenthalten. Davor war man auf die Extraktion von Farbstoffen aus natürlichen Rohstoffen angewiesen und war dadurch sehr begrenzt.
In dieser kleinen Versuchsreihe wird die Darstellung von drei Phthalein- und einem Anthrachinonfarbstoff im Reagenzglas gezeigt.
Auf Grund der Gesetzeslage kann Schwefelsäure durch wasserfreies Zink(II)chlorid ersetzt werden.



Geräte/Materialien:
Reagenzgläser, Spatel, dest. Wasser, Bunsenbrenner, Spritze 5 ml und Kanüle, Stopfen


Chemikalien:
Phthalsäure Warnhinweis: attn
Hydrochinon Warnhinweis: attnWarnhinweis: xnWarnhinweis: cWarnhinweis: n
Thymol Warnhinweis: attnWarnhinweis: xnWarnhinweis: n
Salicylsäure Warnhinweis: attnWarnhinweis: xnWarnhinweis: c
Schwefelsäure 96 % Warnhinweis: c
Etanol 96 % Warnhinweis: f
Natrolauge 10 % Warnhinweis: c
Kaliumbromid Warnhinweis: attn
Mangandioxid Warnhinweis: attnWarnhinweis: xn
Natriumthiosulfat


Hinweis:
Gebildetes Phenol ist giftig. Es werden geringe Mengen Bromdämpfe frei weshalb zumindest vor dem offenen Fenster gearbeitet werden sollte.


Durchführung:

Versuch 1:
In einem trockenen und breiten Reagenzglas wird ein Spatel Salicylsäure vorgelegt und das schräg eingespannt. Danach wird das Reagenzglas kurz mit dem Bunsenbrenner vorsichtig erhitzt, wobei die Salicylsäure schmilzt, zu kochen beginnt und weiße Dämpfe aufsteigen, die im kühleren Teil als Phenol Kristallnadeln sublimieren.

Es werden 3 trockene Reagenzgläser vorbereitet und jedes mit einer Spatelspitze Phthalsäure beschickt. Zu Reagenzglas 1 werden ein paar der Phenol Kristalle, zu Reagenzglas 2 eine Spatelspitze Thymol und zu Reagenzglas 3 eine Spatelspitze Hydrochinon gegeben. Danach wird jedes Reagenzglas mit 2 Tropfen 96 % Schwefelsäure versetzt und kurz geschwenkt, wobei sich in Reagenzglas 2 mit Thymol sofort eine Gelbfärbung zeigt. Im Anschluss wird jedes Reagenzglas kurz in der Bunsenbrennerflamme erhitzt. Mit Phenol bildet sich eine orangebraune Schmelze, mit Thymol eine dunkelviolette und mit Hydrochinon eine rote. Daraufhin werden die Schmelzen in etwas Ethanol gelöst und mit Wasser verdünnt.

Nun wird in jedes Reagenzglas etwas 10 % Natronlauge getropft. In Reagenzglas 1 beobachtet man einen Farbumschlag von leicht orange zu rosa durch Phenolphthalein, in Reagenzglas 2 eine Blaufärbung durch Thymolphthalein und in Reagenzglas 3 einen Farbumschlag von gelb zu violett durch Chinizarin.


Versuch 2:
Führt man Versuch 1 mit Resorcin und Phthalsäure durch erhält man eine Fluorescein Lösung. In einem trockenen Reagenzglas werden eine Spatelspitze Kaliumbromid und Mangandioxid vermengt. Dazu werden 1 Tropfen Wasser und danach 5 Tropfen 96 % Schwefelsäure gegeben. Dabei steigen Bromdämpfe auf und das Reagenzglas wird mit einem Stopfen locker verschlossen. Mit der vorbereiteten Spritze und Kanüle werden 3 ml der Bromdämpfe aufgenommen. Danach werden 2 ml der vorbereiteten Fluorescein Lösung aufgezogen und geschüttelt. Die Farbe der Lösung schlägt durch gebildetes Eosin von gelb auf orange um. Durch Zutropfen von 10 % Natronlauge und Verdünnen mit Wasser bildet sich eine rot-orange Eosin Lösung.

Restliches Brom wird durch Zugabe einer Natriumthiosulfat Lösung sofort neutralisiert.


Entsorgung:
Alle Lösungen können verdünnt dem Abwasser beigegeben werden.


Erklärung:
Salicylsäure wird durch Erhitzen zu Phenol decarboxyliert und im nächsten Schritt in einer Friedel-Crafts Acylierung zu Phenolphthalein umgesetzt.
Bild1

In gleicher Weise reagiert Thymol zu Thymolphthalein, Resorcin zu Fluorescein und Hydrochinon zu Chinizarin.

Fluorescein wird durch Brom sehr einfach zu Eosin bromiert.


Bilder:
Bild
Darstellung von Phenol; Abscheidung der Kristalle

Bild
Vor dem Erhitzen, vlnr: Phenol, Thymol, Hydrochinon

Bild
Nach dem Erhitzen unterschiedliche Färbungen

Bild
Nach dem Lösen und Verdünnen

Bild
Nach dem Zusatz von Natrolauge Verfärbung

Bild
Fluorescein und Brom vor der Bromierung

Bild
Gebildetes Eosin im mittleren Reagenzglas im Vergleich zum ursprünglichen Fluorescein



Quellen:
1https://www.google.com/search?q=phenolp ... _urdS42J-M, 12. 2. 2021

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mgritsch
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Re: Experimente zu Farbstoffen

Beitrag von mgritsch »

Wow, nett, klein und fein im Mikromaßstab - als Nachweis auf die entsprechenden Phenole zB auch analytisch wertvoll. (Kennst du das Buch von Feigl zu Spot Tests in organic Analysis?)

Bei den Erklärungen wäre es nice wenn du Mechanismen/Struktur zu allen Versionen mit rein packst, die Strukturen sind vielleicht nicht für jeden geläufig...

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lemmi
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Re: Experimente zu Farbstoffen

Beitrag von lemmi »

Finde ich auch schön. Das ist Reagenzglaschemie wie ich sie mag. Erinnert mich an den gunten alten Römpp! :D

Die Erklärungen sollten aber unbedingt noch erweitert werden. Mindestens die Formeln der Produkte sowie mindestens exemplarisch fpür einen der Stoffe die Konformationsänderung im Basischen vs. Sauren sollte aufgeführt werden. Außerdem hast du in der Einleitung erwähnt, dass Zinkchlorid statt Schwefelsäure verwendet werden kann. Wie macht man das genau (wie viel? Substanz oder Lösung?)? Hast du das prktisch erprobt?

Dein Eosin ist noch ziemlich wenig bromiert, mehr orange als rot, nur auf der Flüssigkeitsoberfläche sieht man die richtige Eosinfarbe. Hast du das Schütteln mit Bromdampf mal wiederholt, ob sich das Ergebnis verbessert?
"Alles sollte so einfach wie möglich gemacht werden. Aber nicht einfacher." (A. Einstein 1871 - 1955)

"Wer nur Chemie versteht, versteht auch die nicht recht!" (G.C. Lichtenberg, 1742 - 1799)

"Die gefährlichste Weltanschauung ist die Weltanschauung der Leute, die die Welt nie gesehen haben." (Alexander v. Humboldt, 1769 - 1859)

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mgritsch
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Re: Experimente zu Farbstoffen

Beitrag von mgritsch »

Stimmt, zumindest ein exemplarischer Check mit ZnCl2 wäre cool um es etwas „breitentauglicher“ zu machen.
Und btw, die mikro-bromierung finde ich auch besonders nett! Habe ich in der Form noch nicht gehört, macht es sehr gut handhabbar!

Alf
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Re: Experimente zu Farbstoffen

Beitrag von Alf »

Kennst du das Buch von Feigl zu Spot Tests in organic Analysis?
Danke für den Tipp werde ich mal sehen ob ich es finde!

Mit welchem Programm erstellt ihr Strukturformeln und Reaktionsmechanismen, ich hätte gerne noch mehr gezeigt nur ist es mühsam Bilder aus dem Internet zu downloaden..

Außerdem hast du in der Einleitung erwähnt, dass Zinkchlorid statt Schwefelsäure verwendet werden kann. Wie macht man das genau (wie viel? Substanz oder Lösung?)? Hast du das prktisch erprobt?
Ja habe ich ausprobiert, indem ich Zinkstaub in konzentrierter Salzsäure gelöst habe und das Volumen reduziert habe bis ich eine viskose Lösung erhalten habe. Damit habe ich die Bildung von Thymolphthalein und Chinizarin erfolgreich durchführen können, bin aber noch etwas unzufrieden, da bei der Zugabe von Natronlauge Zinkhydroxid ausfällt, das vor allem mit Chinizarin einen dunklen Farblack bildet. Deshalb versuche ich das ganze noch etwas zu optimieren und werde es als Alternative ergänzen.

Dein Eosin ist noch ziemlich wenig bromiert, mehr orange als rot, nur auf der Flüssigkeitsoberfläche sieht man die richtige Farbe des Eosins. Hast du das Schütteln mit Bromdampf mal wiederholt, ob sich das Ergebnis verbessert?
Das lag definitiv daran dass die Fluorescein-Lösung zu konzentriert war und deshalb die Farbe des Eosin von nicht umgesetzten Fluorescein überlagert wurde. In echt sah das Ergebnis aber trotzdem schöner aus als auf dem Foto ich werde ein neues Einstellen.


Und noch kurz zur zwischenzeitlich aufgetauchten Rechtsfrage, so ist die Verwendung/Besitz von Schwefelsäure in der Übergangsfrist bis 1. 2. 2022 erlaubt!

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lemmi
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Re: Experimente zu Farbstoffen

Beitrag von lemmi »

Bitte hier keine Diskussionen um Rechtsfragen beginnen, sondern dafür bei Bedarf einen eigenen Thread eröffnen!

Ich verwende zum Zeichnen von Formeln “chem sketch“, das frei im Netz erhältlich ist. Die Formeln
muss man dann per Screenshot abfotografieren und in einer eigenen Bilddatei zurechtschneiden.

Zinkhydroxid sollte sich in einen Überschuss von Natronlauge zum Komplex [Zn(OH)4]2- lösen. Aber der Farblack ist doch eigentlich auch interessant! Da könnte man gleich auf die Bedeutung dieser Erscheinung eingehen (Beizenfarbstoffe, mikroskopische Färbungen ...).
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Re: Experimente zu Farbstoffen

Beitrag von mgritsch »

Programm: auch ich benutze und empfehle ACDsee ChemSketch. Kann einiges wenn man sich mal angefreundet hat :)

Zinkchlorid - interessant dass das mit wässrigem geht. Dachte das ist so wie mit AlCl3 dass das nur wasserfrei taugt...

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mgritsch
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Re: Experimente zu Farbstoffen

Beitrag von mgritsch »

edit: korrekturgelesen und verschoben.

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