酸鹼

化學實驗室實驗：酚酞的合成及其四種形式的觀察（Synthesis of Phenolphthalein and Observation of Its Four Forms）〔II〕
國立彰化師範大學化學系學生方浩羽 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

連結：酚酞的合成及其四種形式的觀察〔I〕

教師手冊（Teacher’s Guide）

進階原理

● 由苯酚和鄰苯二甲酸酐合成酚酞的反應機構分成兩階段：(1)在酸性條件下，鄰苯二甲酸酐的酸酐先進行質子化，然後正電荷轉移到酸酐上的碳。接著，苯酚的苯環富含電子去攻擊鄰苯二甲酸酐的酸酐上帶正電的碳，進行親電子芳香族取代反應（electrophilic aromatic substitution reaction），或說進行傅-克醯化反應（Friedel-Crafts acylation）。(2)同樣地，在酸性條件下，第一階段產物分子的酮基，先進行質子化，然後正電荷轉移到酮基上的碳。接著，第二分子的苯酚與其進行親電子芳香族取代反應，或說進行傅-克醯化反應。酚酞合成的反應機構簡單地如反應式[2]所示。

教學提示

● 上課時間：教師實驗解說：約20分鐘，學生合成酚酞：約30分鐘，學生觀察酚酞四種形式：約20分鐘。學生歸納所觀察到的現象和回答問題：約20分鐘。

● 在酚酞合成後，若酚酞四種形式的顏色觀察，改為直接以逐滴地加入極強鹼（高濃度）的氫氧化鈉溶液之方式進行，仍然可以觀察到與實驗步驟（先加入水和濃硫 酸，後加氫氧化鈉顆粒）有相同的顏色變化。然而，實際上會遭遇到一些困難。其一為無法配製極強鹼（高濃度）的氫氧化鈉溶液，其二為在測試溶液pH值時，由 於溶液過於濃稠而不易塗在pH試紙上，進而影響到pH值的判讀。

● 若在酚酞合成後不加入乙醇只加入水來溶解酚酞，則溶液會呈現混濁狀。在觀察顏色上會受到混濁狀況的干擾，而且在極鹼性條件下，會造成沉澱的現象。

● 實驗時，必須戴手套防止苯酚滲入皮膚而造成灼傷。如果學生不慎接觸到苯酚，應該先快速利用清水沖洗，然後塗抹凡士林。

● 全班可以共用一台加熱器和一個砂浴。如果沒有加熱器和砂浴，那麼也可以用沸水浴取代砂浴，只是反應時間需要20分鐘。沸水浴比砂浴更容易觀察酚酞合成是否完全，如圖六所示。

圖六 試管放入沸水浴中進行反應

化學實驗室實驗：酚酞的合成及其四種形式的觀察（Synthesis of Phenolphthalein and Observation of Its Four Forms）〔I〕
國立彰化師範大學化學系學生方浩羽 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

學生講義（Student Handout）

實驗介紹

酚酞（Phenolphthalein）常當作酸鹼指 示劑來區分物質的酸鹼性，也用於酸鹼滴定的終點判定。酚酞在酸性條件下是什麼顏色的？也許很多人毫不猶豫地回答是無色。酚酞在鹼性條件下又是什麼顏色呢？ 也許有人會立即回答是粉紅色或紅色。這樣的回答是正確嗎？其實不然，酚酞有四種不同的形式，在不同的酸鹼條件下會對應到不同的顏色。

本實驗的目的是利用實驗室簡單的器材和少量的藥品，讓學生學會酚酞的合成，並且控制酚酞在不同的酸鹼條件下，觀察其四種形式所對應的顏色，如表一所示。

表一  酚酞的四種的形式及其對應的顏色

資料來源：Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Phenolphthalein

酚酞的合成可以利用兩當量的苯酚（phenol）和一當量的鄰苯二甲酸酐（phthalic anhydride）在濃硫酸的催化下合成而得，其反應如反應式[1]所示。這個方法由阿道夫‧馮‧拜爾（Adolf von Baeyer）於1871年發現。如果酚酞的合成條件是在濃硫酸的催化下，亦即在強酸的條件下，那麼產物為In⁺的形式，此形式的酚酞顏色為橘紅色。