Versuchsbeschreibung

Aus Benzaldehyd, Ammoniaklösung und Ethanol wird 2,4,5-Triphenylimidazol hergestellt, welches für Chemolumineszenzen verwendet werden kann.

1877 entdeckte der polnische Chemiker Bronisław Radziszewski (1838–1914) bei Versuchen mit Lophin die erste künstliche organische Chemolumineszenz [2]. Lophin hat zwar keine so starke Leuchtkraft wie z. B. Luminol, lässt sich dafür aber leicht und günstig selbst herstellen [3, 4]. In vielen Reaktionen ähnelt es dem Luminol.

 

Verwendete Chemikalien

Chemikalie Symbole H- / EUH- / P-Sätze Menge

Benzaldehyd, C7H6O

Synonyme: Bittermandelöl
M: 106.12 g/mol

CAS-Nr.: 100-52-7
EG-Nr.: 202-860-4
UN-Nr.: 1990

WGK: 2

GHS07 – Ausrufezeichen

Achtung

H302: Gesundhei tsschädlich bei Verschlucken.

H227: Brennbare Flüssigkeit.

P262: Nicht in die Augen, auf die Haut oder auf die Kleidung gelangen lassen.

20 g

Ammoniaklösung 25 %, NH4OH

Synonyme: Ammoniakwasser, Salmiakgeist
M: 35.05 g/mol

CAS-Nr.: 1336-21-6
EG-Nr.: 215-647-6
UN-Nr.: 2672

WGK: 2

GHS05 – Ätzwirkung

GHS07 – Ausrufezeichen

GHS09 – Umwelt

Gefahr

H290: Kann gegenüber Metallen korrosiv sein.

H314: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden.

H335: Kann die Atemwege reizen.

H400: Sehr giftig für Wasserorganismen.

P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden.

P280: Schutzhandschuhe / Schutzkleidung / Augenschutz / Gesichtsschutz tragen.

P301 + P330 + P331: BEI VERSCHLUCKEN: Mund ausspülen. KEIN Erbrechen herbeiführen.

P305 + P351 + P338: BEI BERÜHRUNG MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen.

P308 + P310: BEI Exposition oder falls betroffen: Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM oder Arzt anrufen.

100 mL

Ethanol 96 % vergällt, C2H6O

Synonyme: Alkohol, Weingeist, Ethylalkohol, Sprit
M: 46.07 g/mol

CAS-Nr.: 64-17-5
EG-Nr.: 200-578-6
UN-Nr.: 1170

WGK: 1

GHS02 – Flamme

GHS07 – Ausrufezeichen

Gefahr

H225: Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar.

H319: Verursacht schwere Augenreizung.

P210: Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen und anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen.

P240: Behälter und zu befüllende Anlage erden.

P305 + P351 + P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen.

P403 + P233: An einem gut belüfteten Ort aufbewahren. Behälter dicht verschlossen halten.

ca. 500 mL

 

Produkt

Chemikalie Symbole H- / EUH- / P-Sätze Menge
Daten von: Sigma-Aldrich, T83208, SDB vom 26.02.2013

2,4,5-Triphenylimidazol, C21H16N2

Synonyme: Lophin
M: 296.37 g/mol

CAS-Nr.: 484-47-9
EG-Nr.: 207-606-6

WGK: 3

 

-

 

 

Verwendete Geräte, Versuchsaufbau

Stahltopf, Sand, Magnetrührer, Rührfisch, 300-ml-Erlenmeyerkolben, 1000-ml-Erlenmeyerkolben, Uhrglas, Glasstab

 

Versuchsdurchführung

Bei der Herstellung von Lophin entstehen giftiges Hydrobenzamid und Amarin als Zwischenprodukt! Lophin selbst ist ungefährlich. Eine Verunreinigung mit giftigen Nebenprodukten ist aber nicht auszuschließen.

20 g Benzaldehyd werden 2 Stunden lang mit 100 mL Ammoniaklösung 25 % gerührt. Anschließend wird für 24–72 Stunden stehen gelassen, bis sich ein fester Bodensatz aus Hydrobenzamid bildet. Der Kuchen wird aufgebrochen, kurz mit Wasser gewaschen und in 100 mL warmem Ethanol gelöst und wieder abgekühlt. Es darf nicht bis zum Sieden erhitzt werden, da das Hydrobenzamid sonst in Ammoniak und Benzaldehyd zerfällt! Auf diesen Schritt sollte im Zweifel deshalb verzichtet werden. Die ausgefallenen Kristalle werden mit 50 mL kaltem Ethanol gewaschen, ausgepresst und gut getrocknet. Das Hydrobenzamid wird in einen großen Erlenmeyerkolben gegeben (1 L) und dieser mit Alufolie lose verschlossen. Es wird unter gelegentlichem kräftigen Schütteln (waagerecht) erhitzt, bis eine deutliche Rauchentwicklung zu bemerken ist (Abzug!). Die Temperatur wird auf 300–320 °C erhöht und einige Male Luft in den Kolben geblasen, während weiter gelegentlich geschüttelt wird. Dadurch oxidiert das zwischenzeitlich entstehende Amarin zum Lophin. Um zu überprüfen, ob die Reaktion beendet ist, wird der Kolben auf etwa 100–200 °C abgekühlt. Es sollten sich nadelförmige, sehr kleine Kristalle in der noch heißen Schmelze bilden. Ist dies nicht der Fall, so muss die Prozedur fortgesetzt werden. Wenn Kristalle erkennbar sind, lässt man bis auf Raumtemperatur abkühlen. Das so erhaltene Lophin kann aus ca. 300 mL heißem Ethanol rekristallisiert werden (oder 3 × 100 mL), was für die Demonstration der Chemolumineszenz jedoch nicht nötig ist. Ein bei der Oxidation entstehendes, orangefarbenes Nebenprodukt löst sich in Ethanol leicht, während sich nur 0.9 g Lophin in 100 mL Ethanol bei Raumtemperatur lösen (und 2.7 g / 100 mL in der Hitze). Die Lophinkristalle werden mit kaltem Ethanol gewaschen, bis die gelbe Verunreinigung nicht mehr zu erkennen ist. Reines Lophin hat einen Schmelzpunkt von 275–277 °C.

Ausbeute: 4.83 g rekristallisiertes Lophin (26 % d. Th. bezogen auf das Benzaldehyd, ohne Rekristallisation des Hydrobenzamids)

 

Reaktionsgleichung

Benzaldehyd reagiert mit Ammoniak zu Hydrobenzamid:

Reaktionsgleichung Darstellung von Hydrobenzamid aus Benzaldehyd und Ammoniaklösung

 

Hydrobenzamid wandelt sich bei 120–130 °C zunächst zum Amarin um (Ringbildung), welches bei Anwesenheit von Sauerstoff bei ca. 300 °C zum 2,4,5-Triphenylimidazol (Lophin) reagiert:

Reaktionsgleichung Umwandlung von Hydrobenzamid zu 2,4,5-Triphenylimidazol

Es gibt weitere Varianten der Synthese, welche zum Beispiel mit Benzil als Edukt funktionieren [5].

 

Lophin scheint seit einigen Jahrzehnten, fast in Vergessenheit geraten zu sein. Vermutlich wurde es in Versuchen durch Luminol und andere Stoffe verdrängt, die hellere Chemolumineszenz zeigen. Da sich aber Lophin so leicht herstellen lässt, muss es sich nicht vor dem Luminol verstecken. Es kann zu Analysezwecken eingesetzt werden (Bestimmung der Konzentration von z. B. Cobalt-Ionen bis 0.1 ppb!) [7] und auch als chemolumineszenter pH-Indikator (gleicher Umschlagspunkt wie Phenolphthalein), wobei die Lichtemission beim Umschlag von sauer zu basisch erfolgt [8].

 

Medien

Benzaldehyd unter Ammoniaklösung. Der Benzaldehyd sollte frisch (farblos) sein.Nach einigen Minuten kräftigen Rührens hat sich eine weiße Emulsion gebildet.Kuchen aus Hydrobenzamid nach 24 Stunden.Halbwegs rekristallisiertes Hydrobenzamid.2 g des Hydrobenzamids auf Uhrglas im Sandbad.Zersetzung des Hydrobenzamids bei bereits hoher Temperatur.Die erkaltete Masse ist bernsteinfarben und spröde, aber auch ein bisschen klebrig. Der Tropfen entstand, als ich das Uhrglas beim Erkalten mal umgedreht habe (Honig erstarrt).

 

Quellenangaben

[1] Pok. Synthese und Chemolumineszenz von Lophin. illumina-chemie.de, 2014. http://illumina-chemie.de/synthese-und-chemolumineszenz-von-lophin-t3657.html mit freundlicher Genehmigung von Pok.

[2] B. R. Radziszewski. Untersuchungen über Hydrobenzamid, Amarin und Lophin. Ber. Dtsch. Chem. Ges.  1877, 10, 70–75. http://dx.doi.org/10.1002/cber.18770100122

[3] Evans W. Cottman. Cold light brought into the classroom. J. Chem. Educ.  1937, 14, 236. http://dx.doi.org/10.1021/ed014p236

[4] a.) Marek Ples. Chemiluminescencja lofiny. http://weirdscience.eu/Chemiluminescencja%20lofiny.html
       b.) bojawiem. Chemiluminescencja Lofiny - Chemiluminescence of Lophine. Youtube, 2016. https://www.youtube.com/watch?v=Ewx46j6xazg

[5] Diana Yanover, Menahem Kaftory. Lophine (2,4,5-Triphenyl-1H-imidazole). Acta Crystallogr., Sect. E: Struct. Rep. Online  2009, 65, o711. http://dx.doi.org/10.1107/S1600536809006552

[6] J. C. Hummelen, T. M. Luider, H. Wynberg. Thermochemiluminescence Immunoassay. In: Complementary Immunoassays, W. P. Collins, Ed., John Wiley & Sons, 1988, 191. http://www.rug.nl/research/portal/files/3382188/1988HummelenComplImmunoassays.pdf

[7] Dean F. Marino, Fred Wolff, J. D. Ingle. Determination of cobalt by lophine chemiluminescence. Anal. Chem.  1979, 51, 2051–2053. http://dx.doi.org/10.1021/ac50048a041

[8] L. Erdey, I. Buzás. Lophine, a new chemiluminescent indicator. Anal. Chim. Acta  1956, 15, 322–324. http://dx.doi.org/10.1016/0003-2670(56)80059-7

 

Download

2,4,5-Triphenylimidazol (Lophin)

 

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