Synthese van Chinhydron

Datum:  Maart 2014

Inleiding:

De Duitse site "Experiment des Monats" laat veel interessante experimenten zien. Dit is er een van.

Principe:

Synthese van chinhydron, een charge transfer complex.

Materiaal:

  • Trechter
  • Weegschaal
  • Filtreerpapier
  • Reageerbuizen met stop
  • Reageerbuisrek
  • Statiefje
  • Spatel
  • Demi-water
  • Maatcylinder 5 ml
  • Ijzerchloride (FeCl3)
  • Hydrochinon
  • Microscoop met polarisatiefilter
  • Objectglaasjes
  • Dekglaasjes
  • Digitale microscoop (Celestron)
  • Petrischaal
  • Pipetten

 

Uitvoering:

  • Los 1.1 g hydrochinon op in 10 ml water (1 M)
  • Los 1.6 g ijzerchloride op in 10 ml water (1 M)
  • Meng 3 ml van beide oplossingen in een reageerbuis en observeer
  • Neem een druppel product, leg dit op een objectglaasje, plaats een dekglaasje en observeer onder de microscoop.
  • Filtreer de product oplossing af
  • Spoel na met wat water
  • Laat drogen
  • Gebruik de digitale microscoop en het petrischaaltje om een filmpje van de de kristalvorming te maken en om foto's van de afgefiltreerde en gedroogde kristallen te maken.

Resultaat:

Onmiddellijk na mengen kan men donkere naaldvormige kristallen zien ontstaan. Deze kan men ook zien in het afgefiltreerde en droge product.

Na affiltreren gedroogd product
Kristallen onder polarisatiemicroscoop 40x
Kristallen onder polarisatiemicroscoop 100x
Film over de kristalvorming.
Digitale microscoop opnames product
10 x 40 x

Discussie en conclusie:

Fe3+-ionen oxideren de helft van de hydrochinon moleculen naar benzochinon. Benzochinon vormt samen met het niet geoxideerde hydrochinon een additieverbinding, chinhydron. dat zich manifesteert als lange paars glanzende naalden.

Hydrochinon en benzochinon stapelen zich op elkaar in een 1:1 verhouding. Er vormt zich een zogenaamd Charge-Transfer-complex.  In aanwezigheid van licht wordt een elektron gedoneerd uit het hydrochinon naar het benzochinon waarbij het charge–transfer complex zijn typische dieppaarse kleur krijgt,
 
"Charge transfer" complexen worden gekarakteriseerd door een component die elektronen rijk is (de donor) en een andere component die sterk elektronen aantrekt (de acceptor), dergelijke complexen staan ook bekend onder de naam donor-acceptor complexen. In resonantie taal zegt men dat de complexen gekarakteriseerd zijn als een hybride van twee resonantiestructuren.

[D:A <--> D+.A-.]
De tweede structuur, de "charge transfer structuur" draagt maar voor een klein deel bij aan de totale elektronische structuur, deze tweede structuur levert de binding die de twee componenten bij elkaar houdt. De bindingssterkte is echter zeer zwak, slechts enkele kcal/mol.
 
In de moleculair orbitaal benadering hebben de donoren een gevuld hoge energie orbitaal waar de elektronen maar losjes inzitten, het "hoogst beladen" moleculair orbitaal heeft een lage ionisatie potentiaal. De acceptors hebben een relatief laag liggend vacant moleculair orbitaal. Er is een beetje overlap tussen het hoogst bezette orbitaal van de donor met het laagst liggend vacante orbitaal van de acceptor hetgeen resulteert in elektronen dichtheids overdracht van donor naar acceptor. De hoeveelheid lading die overgedragen wordt is relatief klein, typisch slecht ~0.05 van een elektron. De moleculair orbitaal benadering is in dit geval volledig equivalent met de resonantie benadering.
 
"Charge transfer" complexen zijn zeer sterk gekleurd. De kleur is gekoppeld aan de elektronen overdracht waarbij een substantieel deel van een elektron overgedragen wordt van donor naar acceptor.

Opmerkingen:

  • Chinhydron = quinhydrone
  • Hydrochinon = Hydroquinone

Literatuur:

  • Andrew Streitwieser Jr, Clayton H. Heathcock; "Indtroduction to Organic Chemistry"; 2nd Ed.; McMillan Publishing Co.; 1981; ISBN 0029783108; p. 1014-1023.

Relevante websites:

Minder relevante websites:

Achtergrondinformatie:

Het  Hydrochinon/Chinon-Redoxsysteem komt vaak voor in de natuur. Hydrochinon komt o.a. in veel planten voor. Daarnaast zijn er veel hydrochinoachtige redoxsystemen: Ubichinon is een belangrijk onderdeel van de ademhalingsketen, Tocopherole (Vitamine E) functioneert als radicaalvanger.

 
Foto-ontwikkelaar
Zilverbromide kristallen die fotogeactiveerd zijn door blootstelling aan licht worden gereduceerd door hydrochinon. Hierbij wordt het fotogeactiveerde AgBr gereduceerd naat zwart zilver metaal (Ag) en het hydrochinon geoxideerd naar benzochinon. Het residuale AgBr wordt dan verwijderd met "hypo", natriumhyposulfiet, dat een oplosbaar complex vormt met het zilver kation. Het resultaat is een zwarte afbeelding daar waar het AgBr was blootgesteld aan licht.
 
Gebruik als elektroden
Aangezien bij redox reaktie ook protonen uitgewisseld worden kan men Hydrochinon/Chinon-elektroden gebruiken om de pH te meten. Het elektrische potentiaal van de cel wordt gegeven door de volgende Nernst vergelijking.
 
Bombardeerkever
In Zuid-Amerika leeft een kever, de bombardeer kever, die voor zijn verdediging gebruik maakt van de door enzymen gekatalyseerd ontleding van waterstofperoxide. Deze kever heeft een kleur in zijn buik die opgebouwd is uit twee kamers. Een kamer bevat een mengsel van hydrochinon en waterstofperoxide en de andere bevat een mengsel van twee enzymen katalase en peroxidase. Als de kever bedreigt wordt mengt de inhoud van beide kamers zich. De enzymen katalyseren nu de ontleding van hydrochinon en van waterstofperoxide.
Beide reactie zijn exotherm waardoor het mengsel heet wordt. De vorming van zuurstof in het mengsel zorgt voor drukopbouw waar de kever dan weer gebruik van maakt om de hete, corrosieve vloeistof naar zijn aanvaller te "schieten"

12/10/2014