・ルミノールの合成と化学発光


(1)実験操作

(i)大型試験管に3-ニトロフタル酸1.0 g8wt%ヒドラジン水溶液2.0 mLを加え、さらに溶媒としてトリエチレングリコール3 mLを加える。

(ii)試験管をアスピレーターで吸引しながら、下から小さな炎でゆっくりと加熱する。加熱とともに淡黄色だった溶液は赤褐色になる。

(iii)試験管を約100℃まで放冷して、水20 mLを加える。析出結晶を吸引ろ取し、溶媒を除いて試験管に戻す。

(iv)試験管に5wt%水酸化ナトリウム15 mLを加え、暗赤色の溶液にする。

(v)試験管に亜ジチオン酸ナトリウム6.0 gを加えてよく振る。溶液は赤褐色になり、このとき発熱する。

(vi)少量の水で試験管の周りについた固体を洗い落とし、沸騰しないように注意しながら、3分ほど試験管を振りながら加熱する。

(vii)熱いうちに酢酸2.0 mLを加え、しばらく放冷する。結晶が析出したら、水浴で冷却して、沈殿を吸引ろ取する。

(viii)結晶は水で洗浄し、乾燥させると、0.35 gほどのルミノールが得られる。

(ix)ルミノール0.20 gをフラスコ内で10wt%水酸化ナトリウム10 mLに溶かし、さらに200 mLの水を加える。

(x)別のフラスコに3wt%ヘキサシアノ鉄(III)カリウム溶液10 mL3wt%過酸化水素溶液10 mL、水80 mLを加えてよく混ぜる。

(xi)暗室で(x)の溶液を(ix)に加えると、ルミノールの青白い化学発光を見ることができる。

 

(2)理論

ヒドラジンH2N-NH2は強い求核性を持つため、3-ニトロフタル酸のカルボニル基へ求核攻撃をします。この反応は、水H2Oが脱離する求核的アシル置換反応です。反応が終わると、脱水・環化した5-ニトロフタルヒドラジドが得られます。続いて、この5-ニトロフタルヒドラジドの水酸化ナトリウム水溶液に、亜ジチオン酸ナトリウムNa2S2O4を加えて加熱し、酢酸で中和すると、ニトロ基がアミノ基へ還元されたルミノールを得ることができます。

 

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.1  ルミノール合成までの反応機構

 

得られたルミノールに水酸化ナトリウムを加え、鉄(III)イオンを触媒として、過酸化水素H2O2を反応させると、過酸化中間体を経て、フタル酸ジアニオンが得られます。過酸化中間体がフタル酸ジアニオンになるときに、460 nmの青白い発光を見ることができるのです。この発光反応を、ルミノール反応(luminol reaction)といいます。

 

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.2  化学発光の反応機構

(3)結果

 ルミノールの収率は、反応させた3ニトロフタル酸が4.7 mmol, 得られたルミノールが2.0 mmolより、

 

 

上手くやれば、もう少し良い収率になるかもしれません。また、ルミノール反応は、警察の科学捜査で使われることで有名ですが、ドラマであるように「スプレーしてブラックライトを照らす」というような方法をしなくても、暗闇で勝手に光ります。さらに、ルミノール反応は、鉄(III)イオンFe3+ があれば進行する反応なので、人血以外でも光ります。つまり、ルミノール反応は、「血液かどうか」を見極めるだけであって、その血痕がブタやウシでも、「同じ血液です」という結論が出てしまうのです。したがって、ルミノール反応は、科学捜査のなかでも簡易的な部類であり、裁判の証拠として使われることは、まずありません。ルミノール反応で血液と判明したら、一般的には次に人血証明試験が行われ、そこで人血であることが分かって初めて、血液型鑑定や遺伝子捜査などの科学捜査に回されることになる訳です。

 

ルミノール反応.png

.3  実験室におけるルミノールの化学発光


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