0trzymywanie kwasu galusowego
O otrzymanie kwasu galusowego z materiału roślinnego możemy sami się teraz pokusić. Wokół nas znajduje się wiele surowców, których można do tego użyć, wystarczy rozejrzeć się dokoła. Zasadniczo pierwotną metodą było rozdrobnienie materiału roślinnego, zalanie wodą i odstawienie do fermentacji za pomocą odpowiednich szczepów grzybów, enzymem hydrolizującym taniny jest tannaza. Szybszą i nowszą metodą było ogrzewanie wodnej zawiesiny rozdrobnionego materiału z dodatkiem kwasu siarkowego lub solnego. Podaję oryginalne przepisy z British Pharmacopeia:
1) Jedną część sproszkowanych galasów zalać czterokrotną ilością 20% kwasu siarkowego. Utrzymywać w temperaturze wrzenia przez 1,5 godziny. Gorący wywar przesączyć przez szmatę. Po ochłodzeniu z r-ru wypadają kryształy. Należy je odsączyć lub zebrać w inny sposób, rozpuścić ponownie w gorącej wodzie, dodać węgla aktywnego, zagotować i gorący r-r przesączyć. Po ochłodzeniu powstają kryształy.
2) W naczyniu porcelanowym lub szklanym (ew. plastikowym) proszkowane galasy zalać wodą destylowaną do uzyskania konsystencji rzadkiego ciasta. Pozostawić na na powietrzu na okres około 4 tygodni, uzupełniając wodę destylowaną w miarę potrzeby i mieszając miazgę drewnianym lub plastikowym patyczkiem. Nie należy używać metalowych narzędzi podczas prac z kwasem galusowym! Po fermentacji pastę wycisnąć przez szmatę, a wyciśniętą pozostałość zalać wodą destylowaną i zagotować, utrzymując wrzenie kilkanaście min. Następnie odcedzić gorący przez szmatę, a gorący roztwór przepuścić przez złoże z węglem aktywnym. Po ochłodzeniu pojawiają się kryształy kwasu galusowego. Dalsze oczyszczanie, jeśli jest konieczne, polega na rozpuszczeniu w gorącej wodzie, potraktowaniu węglem aktywnym, odsączeniu gorącego r-ru i krystalizacji.
Oczywiście średnio doświadczony eksperymentator poradzi sobie z tym. Analogiczne procesy można przeprowadzić z innymi surowcami. O wiele mniej pracy nas czeka, jeśli użyć gotowej taniny, kupionej np. w aptece, ale nie może to być tzw. białczan taniny. Otrzymany przez nas kwas galusowy słabo rozpuszcza się w zimnej wodzie (w 15 oC jego rozpuszczalność wynosi zaledwie 1 g), ale w gorącej wodzie jego rozpuszczalność przekracza 30 g. Krystalizuje z jedną cząsteczką wody. Ogrzewany do temperatur ponad 100 oC traci wodę krystaliczną, czyli ok. 10% masy. Ogrzewany dalej zaczyna się rozkładać z wydzieleniem dwutlenku węgla oraz pirogalolu. Ulega sublimacji przy powolnym ogrzewaniu, jak inne kwasy benzoesowe. Podczas sublimacji również ulega rozkładowi na pirogalol, więc ogrzewając kwas suchy kwas galusowy można otrzymać kryształki pirogalolu jako resublimat.
Podam także sposób wytworzenia pirogalolu przez reakcję dekarboksylacji. Dogodnie jest reakcję przeprowadzić w rozpuszczalniku o wysokiej temperaturze wrzenia. Może to być nafta albo podobne do niej rozpuszczalniki czy też rozpuszczalniki o wysokich temperaturach wrzenia. Reakcję przeprowadza się w temperaturze 190-220 oC. Kwas galusowy, który powinien być wcześniej odwodniony, umieszcza się w naczyniu, np. kolbie kulistej, zalewa rozpuszczalnikiem, aby cały kwas był pokryty i ogrzewa się pod chłodnicą zwrotną na łaźni olejowej lub czaszy grzejnej. Po osiągnięciu odpowiedniej temperatury zaczynają się wydzielać pęcherzyki dwutlenku węgla. Temperaturę utrzymuje się aż do zakończenia ich wydzielania. Sam kwas jest prawie nierozpuszczalny w węglowodorach, ale pirogalol lepiej, więc część pirogalolu krystalizuje dopiero po ochłodzeniu mieszaniny. Drugim sposobem jest użycie gliceryny, która jest mniej palna niż węglowodorowe rozpuszczalniki, więc i bezpieczniejsza. Zamiast gliceryny polecam aby spróbować użyć glikolu etylenowego, który wrze w 198 stopniach, więc nadmiarowe ciepło zostanie zużyte na odparowanie rozpuszczalnika. Reakcje można prowadzić w zestawie do destylacji zwrotnej a wylot chłodnicy połączyć z probówką wypełnioną wodą wapienną, celem zaobserwowania końca reakcji, gdyż nie zależnie od użytego rozpuszczalnika nie zawsze jest możliwość obserwacji pęcherzyków dwutlenku węgla powstających w mieszaninie. Pirogalol odsącza się i krystalizuje z chloroformu lub mieszaniny toluen-etanol (ze względu na cenę można użyć taniego izopropanolu, a toluen można zastąpić benzenem). Innym sposobem oczyszczania jest technika resublimacji pirogalolu. Otrzymany pirogalol trzymać szczelnie zamknięty ze względu na tendencję do utleniania.
A teraz kilka doświadczeń do wykonania także w domowych warunkach. Jeśli jest możliwość, możemy kupić nieco taniny albo pokusić się o jej zdobycie z materiału roślinnego. Jeśli mamy możliwość, to latem lub początkiem jesieni zbierzmy nieco galasów. Jeśli takowej możliwości nie ma, można je zastąpić korą świerkową lub dębową, ale te surowce zawierają mniej taniny i są trudniejsze do rozdrobnienia, a najlepsze do użycia są wiórki. Kilkanaście galasów rozdrabniamy np. przez utarcie i zalewamy wodą, ok. 150 ml. Naczynie zamykamy i odstawiamy na jeden dzień. Zamiast czekać dzień, można też otrzymaną masę zagotować przez kilkanaście min. Roztwór ten posłuży do wykonania kilku doświadczeń:
Można sprawdzić jego smak, jest gorzki i ściągający, bo kwas taninowy wiąże białka i dzięki tej reakcji garbuje skórę.
Sprawdzić odczyn papierkiem wskaźnikowym, jest wyraźnie kwaśny.
Na szkiełku lub parownicy ustawić kilka małych gwoździ i zalać roztworem taniny, po kilku godzinach powstaje czarna ciecz. O czym świadczy podobny efekt, jeśli użyć czerwonego wina zamiast r-ru taniny?
Do probówki wrzucić kilka kryształów siarczanu żelaza (III) i zadać 2 ml wody destylowanej, po rozpuszczeniu dodać taką samą objętość roztworu taniny. Powstaje czarnoniebieski atrament, kolor lepiej widać po rozcieńczeniu. W przypadku użycia kory świerkowej efekt nie jest tak zadowalający.
Wykonać próbę Fehlinga i Tollensa. W pierwszym przypadku powstaje ceglasty osad tlenku miedzi (I), w drugim osad metalicznego srebra (ale nie w postaci pięknego lustra jak bywa z aldehydami).
W 2 czystych probówkach umieścić po 2 ml ciekłego białka jaja kurzego. Do jednej dodajemy taką samą objętość r-ru taniny i wytrząsamy. Już po chwili białko jest ścięte i nie wykazuje oznak działalności mikroorganizmów przez wiele dni, podczas białko w drugiej probówce ulegnie zepsuciu. Doświadczenie ilustruje działanie taniny podczas garbowania skór, wiążąc białka zawarte w skórze.
A teraz kilka probówkowych doświadczeń z kwasem galusowym, który mogliśmy sami otrzymać. Sporządźmy kilkadziesiąt ml r-ru kwasu galusowego.
1 ml r-ru kwasu zadać w probówce kilkoma kroplami chlorku żelaza (III). Powstaje intensywne atramentowe zabarwienie, reakcja jest bardzo czuła.
Wykonać próbę Fehlinga oraz Tollensa, w obu przypadkach wynik jest pozytywny.
Maleńką ilość kryształów kwasu galusowego zadać w probówce 1 ml st. kwasu siarkowego (Uwaga!). Podczas ogrzewania probówki powstaje piękne rubinowe zabarwienie od tworzącej się mieszaniny barwników, zwanej brunatem alizarynowym.
Mieszanina chlorku baru z wodorotlenkiem potasu wytrąca niebieski osad.
Ogrzewać powoli np. w łaźni piaskowej probówkę z kwasem galusowym i zaobserwować resublimację pirogalolu na ściankach wraz z wodą krystalizacyjną, jeśli kwas nie był dostatecznie suchy.
Idąc dalej z kwasu galusowego mogliśmy otrzymać pirogalol. Zatem i z nim można wykonać kilka reakcji probówkowych.
Grudkę pirogalolu rozpuścić w probówce z kilkoma ml wody. Dodać ok 1 ml ługu potasowego, probówkę zatakać palcem i wstrząsać co najmniej pół minuty. Nie otwierać! Probówka powinna zawisnąć przyssana do palca, a r-r przybrać kolor brunatny wskutek utleniania pirogalolu. Jeśli tę probówkę, ciągle zamkniętą, wetknąć do zimnej wody i odsunąć palec, to woda zajmie dodatkowe 1/5 objętości probówki, wskutek zużycia tlenu przez pirogalol.
Do probówki wlać kilka ml świeżo przegotowanej, ale nie wrzącej wody, dodać nieco r-ru wodorotlenku potasu lub sodu i na koniec r-r pirogalolu i wstrząsnąć celem wymieszania. Woda zabarwia się od góry na brunatno, wskutek dyfuzji tlenu atmosferycznego do wody. Woda nieprzegotowana, wskutek wyższej zawartości rozpuszczonego tlenu brunatnieje w całej objętości bardzo szybko.
Do probówki z r-rem pirogalolu dodać r-ru chlorku żelaza (III). Pojawia się czerwonobrunatne zabarwienie (reakcja „atramentowa” fenoli).
Jednakże w tytule i w treści pojawiło się także słowo o świeceniu singletowego tlenu! To doświadczenie jest chyba najlepszym zwieńczeniem całej pracy ambitnego czytelnika, który postanowił przebyć drogę od galasów do pirogalolu. Doświadczenie należy wykonać w ciemności albo na wolnym powietrzu, albo w dobrze wentylowanym pomieszczeniu, ze względu na gryzące pary w nim powstające. Gwarantuję jednak, że wysiłek się opłaci. Będą nam potrzebne: pirogalol, formalina, węglan potasu oraz nadtlenek wodoru, najlepiej w postaci perhydrolu, ale handlowe wybielacze zawierające po kilkanaście % nadtlenku też są wystarczające. Jeśli posiadamy szczyptę luminolu, to doświadczenie będzie prawdziwą rozkoszą dla chemika-amatora! Zatem do pracy!
Sporządzamy nasycony roztwór węglanu potasu oraz ok. 10% r-r pirogalolu (1 g pirogalolu i woda destylowana do objętości ok. 10 ml). Jeśli mamy luminol, to dorzućmy kilka kryształków do 20 ml r-ru węglanu potasu i dobrze zamieszajmy, gdyż rozpuszcza się dość powoli. W osobnych naczynkach przygotowujemy 10 ml formaliny i 30 ml perhydrolu. Przestrzeganie dokładności nie jest tutaj zbyt wymagane na szczęście. W dużej zlewce, najlepiej o pojemności co najmniej 1 litra umieszczamy 20 ml r-ru węglanu potasu, 10 ml r-ru pirogalolu oraz wlewamy 10 ml formaliny. Najlepiej, jeśli zlewka umieszczone jest na tacce lub kawałku tektury, gdyż zawartość mieszaniny podczas reakcji może wykipieć poza zlewkę. W ciemności wlewamy 30 ml perhydrolu lub handlowego wybielacza opartego na nadtlenku wodoru. Mieszanina mocno się burzy i powstaje czerwone światło! Po kilkunastu sekundach gaśnie, ale jeśli dodaliśmy kryształków luminolu, to miejsce światła czerwonego zajmuje światło niebieskie!. Jest to jedno z najpiękniejszych doświadczeń, jakie można zademonstrować, ale wadą są gryzące pary powstające podczas reakcji. Pod wyciągiem lub na wolnym powietrzu nie ma to jednak znaczenia.
http://biomist.pl/chemia/doswiadczenia-chemiczne/od-debowego-liscia-przez-atrament-do-swiecenia-wzbudzonego-tlenu/2453
