1.3 Химические свойства

Интервал перехода окраски фенолфталеина находиться в пределах от рН 8,2 (бесцветный) до рН 9,8 (пурпурный). Для определения интервала перехода применяют серию буферных растворов со следующими значениями рН:7,8-8,0-8,2-8,4-9,0-9,6-9,8-10,0-10,2. Значения рН, при которых проявляются первое розовое окрашивание, зависит от концентрации индикатора. Интенсивность пурпурной окраски постепенно усиливается вплоть до рН 9,8: рН_1/2 9,53 [3] .

Процесс образования окрашенного дианиона хиноидной структуры(III), который образуется в результате взаимодействия фенолфталеина с разбавленным раствором щёлочи (рН8,5), можно представить следующим образом:

Под действием щёлочи в бесцветном фенолфталеине происходит размыкание (гидролиз) γ-лактонного кольца, и возникший бесцветный спирт (I) самопроизвольно отщепляет молекулу воды с образованием мононатриевой соли (II) жёлтого цвета. Дальнейшее взаимодействие со щёлочью приводит к образованию динатриевой соли (III) и к углублению окраски до малиновой, что обусловлено удлинением цепи сопряжения [17].

В сильнощелочной среде (рН10) наблюдается обесцвечивание раствора в результате перехода динатриевой соли (III) в тринатриевую соль (IV), в которой кольца не сопряжены между собой.

В кислой среде он бесцветен, так как слабые бензольные хромофоры изолированы, автономны и в π,π – взаимодействие (сопряжение) друг с другом не вступают:

Они разобщены С_sp3 – атомом углерода, который является изолятором, а не проводником π – электронов. В щелочной среде лактонный цикл разрывается, один из фенольных гидроксилов ионизирует, а С_sp3 - атом приобретает С_sp2 – конфигурацию, становясь проводником π – электронов между бензольными хромофорами, сверх того ещё поляризованными ауксохромами – СОО^- и –О^-. В концентрированной серной кислоте индикатор окрашивается в оранжевый цвет. Интенсивность окраски пурпурных щелочных растворов при стоянии уменьшается отчасти из-за образования бесцветного карбоксильного основания (это обратимое превращение), отчасти из-за необратимого окисления воздухом [15]

Хромофор фенолфталеина

(щелочная форма, ₁ = 553 нм, ₁= 9000)

1.4 Получение фенолфталеина

Основным способом получения фенолфталеина является конденсация фенола с фталевым ангидридом. Данная реакция является частным случаем ацилирования по Фриделю-Крафтсу. Реакция протекает при нагревании с кислотным катализатором (концентрированная серная кислота или хлорида цинка):

Механизм реакции можно представить следующим образом [17]:

сигма - комплекс

фенолфталеин

1.4.1 Методики получения фенолфталеина

Проанализировав литературные источники по данному вопросу было обнаружено, что во всех методических пособиях [1, 6, 7, 9, 19] приводится одна и та же методика получения фенолфталеина. Она основывается на реакции представленной выше. Методика полностью подходит к нашим лабораторным условиям.

Для синтеза понадобится следующие реактивы, посуда и оборудование:

Фталевый ангидрид-5г; фенол- 10г; серная кислота- 2мл; гидроксид натрия- 4-5%; уксусная кислота (концентрированная); соляная кислота (концентрированная); этиловый спирт (абсолютный).

Колба круглодонная (50мл) – 1 шт; стакан (100мл) – 1 шт.; чашка фарфоровая – 1 шт.; колбы конические (250мл) – 2 шт.; термометр; прибор для перегонки с водяным паром; баня песчаная.

Ход синтез:

Смесь 5г фталевого ангидрида, 10г фенола и 2мл серной кислоты помещают в колбу и нагревают на песчаной бане в течении 1,5 часа, строго соблюдая температуру 125 – 130 С⁰ ( термометр в плаве и периодически перемешивая содержимое). Горячую смесь выливают в колбу со 100мл кипящей воды, отгоняют с водяным паром, не вступивший в реакцию фенол. Во избежание разбрызгивания и связанной с этим потерей вещества жидкость нужно всё время перемешивать. Окончание перегонки можно заметить по изменению мутности отгона: если отгон стекает мутноватый, значит перегонку следует продолжить, если отгон прозрачный, то перегонку можно прекращать. Раствору дают охладиться, после чего декантируют на воронку Бюхнера, стараясь по возможности не переносить осадок на фильтр. Затем продукт промывают декантацией двумя небольшими порциями холодной воды, присоединяют то, что всё-таки попало на фильтр, к основной массе твёрдого вещества в стакан, растворяют в небольшом количестве тёплого 4-5% гидроксида натрия и отделяют фильтрованием непрореагировавший фталевый ангидрид. К тёмно- красному фильтрату прибавляют уксусную кислоту до полного осаждения фенолфталеина, затем прибавляют 1-2 капли соляной кислоты и оставляют на 1 час.

Выделившийся фенолфталеин в виде желтоватого песка отсасывают на воронке Бюхнера. Сырой продукт переносят в стакан и растворяют при нагревании приблизительно в 10мл спирта. Горячий раствор отсасывают и промывают осадок на фильтре горячим спиртом. Фильтруют через смоченный спиртом фильтр от выделившихся капелек масла. Фильтрат переносят в фарфоровую чашку и нагревают на горячей песчаной бане для удаления значительной части спирта. Смесь в чашке оставляют стоять в течение 30 минут. Выделившиеся бесцветные или светло-желтые кристаллы отсасывают и высушивают на воздухе между листами фильтровальной бумаги.