化学实验室实验：酚酞的合成及其四种形式的观察（Synthes
作者： 发表时间：
2020-06-19
连结：酚酞的合成及其四种形式的观察〔I〕 教师手册（Teacher’s Guide） 进阶原理 ● 由苯酚和邻苯二甲酸酐合成酚酞的反应机构分成两阶段：(1)在酸性条件下，邻苯二甲酸酐的酸酐先进行质子化，然后正电荷转移到酸酐上的碳。接着，苯酚的苯环富含电子去攻击邻苯二甲酸酐的酸酐上带正电的碳，进行亲电子芳香族取代反应（electrophilic aromatic substitution reaction），或说进行傅-克醯化反应（Friedel-Crafts acylation）。(2)同样地，在酸性条件下，第一阶段产物分子的酮基，先进行质子化，然后正电荷转移到酮基上的碳。接着，第二分子的苯酚与其进行亲电子芳香族取代反应，或说进行傅-克醯化反应。酚酞合成的反应机构简单地如反应式[2]所示。 ● 上课时间：教师实验解说：约20分钟，学生合成酚酞：约30分钟，学生观察酚酞四种形式：约20分钟。学生归纳所观察到的现象和回答问题：约20分钟。 ● 在酚酞合成后，若酚酞四种形式的颜色观察，改为直接以逐滴地加入极强硷（高浓度）的氢氧化钠溶液之方式进行，仍然可以观察到与实验步骤（先加入水和浓硫 酸，后加氢氧化钠颗粒）有相同的颜色变化。然而，实际上会遭遇到一些困难。其一为无法配製极强硷（高浓度）的氢氧化钠溶液，其二为在测试溶液pH值时，由 于溶液过于浓稠而不易涂在pH试纸上，进而影响到pH值的判读。 ● 若在酚酞合成后不加入乙醇只加入水来溶解酚酞，则溶液会呈现混浊状。在观察颜色上会受到混浊状况的干扰，而且在极硷性条件下，会造成沉澱的现象。 ● 实验时，必须戴手套防止苯酚渗入皮肤而造成灼伤。如果学生不慎接触到苯酚，应该先快速利用清水沖洗，然后涂抹凡士林。 ● 全班可以共用一台加热器和一个砂浴。如果没有加热器和砂浴，那幺也可以用沸水浴取代砂浴，只是反应时间需要20分钟。沸水浴比砂浴更容易观察酚酞合成是否完全，如图六所示。 图六 试管放入沸水浴中进行反应 实验纪录样本 3. 拍照并展示酚酞四种形式的颜色，如图七所示。 图七 展示酚酞四种形式的颜色 4. 记录酚酞在不同酸硷条件下四种形式的颜色及其对应的pH值，如表二所示。 表二 酚酞的四种形式的颜色及其对应的pH值 参考答案 1. 合成的酚酞呈现橘红色固体状，这是因为反应的条件在强酸的条件（使用浓硫酸当作催化剂）下进行，而且没有加入任何水的情况，因而酚酞呈现橘红色固体状。 2. 酚酞在酸性条件下呈现橘红色（或橘色）或无色，而非仅仅为无色，其颜色依酸性的强度而定，在极强酸条件下呈现橘红色（或橘色），但是在强酸和弱酸条件下都 呈现无色。酚酞在硷性条件下呈现粉红色（或红色）或无色，而非仅仅为粉红色（或红色），其颜色依硷性的强度而定，在极强硷的条件下呈现无色，但是在弱硷条 件下呈现粉红色，在强硷条件下呈现红色。从实际的观察，若简单地说酚酞在酸性中呈现无色或在硷性中呈现粉红色，则此说法是不正确的。 3. 我们常说酚酞在酸性条件下呈现无色的分子是中性分子，而非带正电荷分子或带负电荷分子。 4. 酚酞从在酸性条件下呈现无色变成在极强硷性条件下呈现无色，其分子失去3个H+。 参考资料和延伸阅读 1. Phenolphthalein, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Phenolphthalein.
教学提示
2. Nucleophilic acyl substitution, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Nucleophilic_acyl_substitution.
3. E 23 Synthesis of Acid-Base Indicators, http://www.ch.ntu.edu.tw/~genchem99/doc/T23_phenolphthalein.pdf.
4. Make Phenolphthalein, http://www.youtube.com/watch?v=lBIxBJMZD9Y.
5. Phenolphthalein as Organic Teaching Materials:Small-scale Preparation and Modeling for Some Functional Dyes, http://chem.sci.utsunomiya-u.ac.jp/v13n1/11_2d4_2.pdf.
6. 酚酞，维基百科，http://zh.wikipedia.org/wiki/酚酞。