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7 Abril 20141

LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA

SÍNTESIS DE LUMINOLAna Gabriela Regalado García

Universidad de GuanajuatoLaboratorio de Química Orgánica III

ResumenEl uso de compuestos químicos en la vida diaria es muy común de lo que a veces pensamos, ejemplo de ello, es el luminol, una molécula sencilla sin centros asimétricos con propiedades quimioluminiscentes que actualmente con la influencia de programas televisivos, su uso en investigaciones forenses ha sido difundido, ya que posee una reactividad peculiar para detectar rastros de sangre. En este artículo damos a conocer la síntesis del luminol y comprobamos la efectividad de la molécula por medio de una reacción de reloj, además de realizar una prueba con sangre de conejo.Palabras clave: Síntesis, quimioluminiscencia, catalizador de reacción, investigación forense y reacción de reloj.

Introducción

El luminol fue sintetizado por primera vez en la segunda mitad del siglo XIX con el nombre de 5-amino-2,3-dihidro-1,4-ftalazinadiona en Alemania.

Sin embargo, existe información que le atribuye la síntesis del luminol a Schimtz por el año de 1908, por lo que hay cierto debate sobre quién sintetizó por primera vez. Más tarde, el químico alemán H. O. Albrecht publicó estudios sobre la quimioluminiscencia del luminol en la revista alemana Zeitschrift Für Physikalishe Chemi, dado que descubrió accidentalmente que la sangre, entre otras sustancias, aumentan la luminiscencia de luminol en una solución alcalina de peróxido de hidrógeno. A partir de esa fecha comienzan los estudios del luminol en áreas de la Biología y Medicina. En 1934, E. Huntress propone el nombre de luminol, que significa “productor de luz” en un artículo publicado en el Journal of the American Chemical Society, así como el método sencillo por dos etapas para la síntesis con ácido 3-nitroftalico y sulfato hidracina. Dos años más tarde, Harris y Parker determinaron la eficiencia cuántica de la quimioluminiscencia del luminol cerca del 0.3% además de discutir posibles mecanismo

de dicha reacción. En 1936, Glueu y Pfannstiel encontraron que usar hemina cristalizada incrementa la quimioluminiscencia, lo cual es confirmado en 1937 por Tamamashi.

El momento histórico llegó en 1937 cuando el científico forense alemán Walter Specht realizó

extensos estudios sobre la aplicación de luminol para la detección de sangre en la escena del

crimen y sugirió que el luminol podría ser fotografiado para fines de análisis jurídico.

Posteriormente Proesher y Moody investigaron la reacción de luminol con

la sangre, así como su estructura química. En 1941, Kraul descubrió que el luminol no es específico para la sangre y encontró que la máxima longitud de onda es de 441 nm con un cambio a 452 nm en

presencia de sangre seca. Más tarde Weber y Grodsky desarrollaron fórmulas que podían ser utilizadas en el campo de la detección de sangre. Aunque en la década de los 70´s se reportó que el luminol podría interferir en pruebas como en determinación del tipo de sangre.

Con el paso del tiempo, se realizaron muchos intentos con el fin de mejorar la intensidad de emisión de luz, minimizar interferencias, reducir la destructividad del DNA y alargar su vida útil de reacción, haciendo más fácil la preparación del luminol en el campo de trabajo.En el 2000, el Dr. Loic Blum fundó “Bluestar Forensic”, un patentado con base luminol cuyos ingredientes son de secreto comercial. Recientemente Loci Forensic Products creo una nueva fórmula combinada de

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luminol con fluoresceína llamada “Lumiscene“, la cual ofrece mayor sensibilidad e integridad de ADN.

El luminol también se ha utilizado en otros campos de la ciencia, como la detección de cobre, hierro y cianuros en muestras celulares, en cromatografía líquida de alto rendimiento, sondas y análisis de DNA como sustrato en western blot y en estudios históricos arqueológicos.El fundamento de las reacciones reloj, es la transformación de los reactivos en productos con un cambio súbito de color. El tiempo que transcurre hasta el final de la reacción depende de la concentración de las especies químicas implicadas en la misma. Este tipo de reacciones son muy útiles para estudiar la cinética se las reacciones químicas, es decir conocer la velocidad de la transformación química. Uno de los factores que afecta a esta velocidad es la concentración de los reactivos.

En un proceso bioquímico, las velocidades de reacción enzimáticas se ajustan para satisfacer las necesidades energéticas en las células. En ingeniera química se utilizan las velocidades de reacción en conjunto con operaciones físicas del proceso para el diseño de reactores, del cual se obtienen productos como plásticos, telas, medicinas, etc. Con el conocimiento de los factores como la concentración de reactivos, temperatura, presión o la presencia de un catalizador podemos controlar el tiempo de las reacciones.

Parte experimentalSíntesis

La molécula se sintetizó por medio de una condensación 1,4- dicarbonilica y reducción a grupo amino comenzando con 5 mmol de

ácido 3-nitroftalico y 20 mmol de hidracina hidratada utilizando 5 ml de trietilenglicol como disolvente. Después aplicamos calor a 280 °C para la evaporación del agua de la Hidracina hidratada. Posteriormente se

Fig. 1 Reacción general

Fig. 2 Mecanismo propuesto para la quimioluminiscencia del luminol.

filtró el sólido del nitro-derivado, y se le agregó 5 ml de NaOH al 10% y 3 g de tiosulfato de sodio llevados a ebullición por 3 minutos, después de enfriar con baño de hielo, se le adicionó 2 ml de ácido acético glacial para la precipitación de nuestro producto final, luminol.

Prueba de Quimioluminiscencia

En este trabajo se realizaron dos pruebas, las cuales fueron las siguientes:

Detección de sangrePara la prueba de detección de sangre, utilizamos una fórmula, que consiste en 0.1 g de luminol, 10 ml de Na2CO3 al 10% y 10 ml de H2O2 al 5%. Dicha fórmula la colocamos en un atomizador. La sangre de conejo que utilizamos para la prueba nos fue proporcionada por el Bioterio de la DCNE. Para la muestra, la sangre fue colocada en una tela blanca con anticipación para que la sangre seque y obtuviéramos mejores resultados. La aplicación del luminol se llevó en el laboratorio.

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Reacción de reloj

Para dicha reacción disolvimos en 4 ml de agua, 0.08 g de NaOH, más 50 mg de luminol con 2.5 g de K2CO3, posteriormente preparamos 0.1 g de pirogalol, 1.5 ml de formaldehido y

5 ml de H2O2 al 30%, con el fin de que la reacción se llevara cabo observando el cambio de color por medio de la quimioluminiscencia.

Resultados y observacionesPor medio de la síntesis de dos etapas del ácido 3-nitroftalico e hidracina obtuvimos 0.4563 g de luminol que representa 51.38% de rendimiento de la reacción, el producto tenía apariencia de cristales muy finos de color marrón y su punto de fusión lo ubicamos en 290-292°C.En la prueba de detección de luminol, logramos comprobar la efectividad del compuesto sintetizado ya que realizamos la aplicación mediante un atomizador en la muestra que contenía sangre seca de conejo. Al realizar la aplicación en el laboratorio obscuro, observamos el resplandor azul que representa el estado excitado de la molécula del luminol, mediante una reacción de quimioluminiscencia catalizada por el Fe2+que contiene la sangre. Con la adición de gotas de hipoclorito de sodio, comprobamos que puede dar falsos positivos ya que también actúa como agente oxidante promoviendo la excitación de la molécula.Por medio de la reacción reloj, observamos el cambio de dos colores, de anaranjado a azul brillante, ya que se utilizó pirogalol, un acelerador químico que incremento la emisión de luz.

ConclusionesMediante el método de síntesis logramos obtener la molécula de 5-amino-2,3-dihidro -1,4-ftalazinadiona o mejor conocido como luminol, cuya estructura presenta un núcleo de piridazina, la cual fue caracterizada con un punto de fusión de 290-292°C con un rendimiento de reacción del 51.38%. El luminol obtenido tenía aspecto de cristales muy pequeños de

color marrón pálido. Asimismo logramos ilustrar su importante aplicación en la investigación forense con la prueba de detección de sangre, presenciando la quimioluminiscencia del luminol activado con agente oxidante en medio básico con la emisión de luz azul brillante visible en la obscuridad. También comprobamos la exhibición de quimioluminiscencia de la molécula mediante una reacción reloj. Este panorama de conocimientos, nos permite entender la aplicación del luminol en diversas áreas de la ciencia, además de ser una molécula muy interesante por sus propiedades y comportamiento ante ciertas especies.

Referencia bibliográfica

• Arderiu, X. (1998) “Bioquímica clínica y patología molecular” Vol. 1 Editorial Reverté. 2°Edición. Barcelona España.• Castello Ponce, A. “Revelado de manchas latentes: efectividad del luminol y evaluación de su efecto sobre el estudio del DNA”. Cuad. med. forense [online]. 2002, n.28 [citado 2014-04-07], pp. 33-36 . Disponible en: http://scielo.isciii.es/scielo.php• Juan Carlos Cedrón Revista de Química PUCP, 2011, vol. 25, n° 1-2.• Cortez, F. “La química y el tiempo. Reacciones reloj.” Abril 1994. Facultad de Química. UNAM.• Cheyne, M. (2011) “Illuminating Latent Blood. Aplication methods,fixatives, alternatives and new formulas for luminol” The University of Auckland in New Zealand.• “The Chemistry of Bluestar Forensic”. Disponible en: www.bluestar-forensic.com/gb/bluestar-chemistry.php

Fig. 3 Mecanismo de reacción