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〕

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

實驗紀錄樣本

3. 拍照並展示酚酞四種形式的顏色，如圖七所示。

圖七 展示酚酞四種形式的顏色

4. 記錄酚酞在不同酸鹼條件下四種形式的顏色及其對應的pH值，如表二所示。

表二  酚酞的四種形式的顏色及其對應的pH值

參考答案

1. 合成的酚酞呈現橘紅色固體狀，這是因為反應的條件在強酸的條件（使用濃硫酸當作催化劑）下進行，而且沒有加入任何水的情況，因而酚酞呈現橘紅色固體狀。

2. 酚酞在酸性條件下呈現橘紅色（或橘色）或無色，而非僅僅為無色，其顏色依酸性的強度而定，在極強酸條件下呈現橘紅色（或橘色），但是在強酸和弱酸條件下都 呈現無色。酚酞在鹼性條件下呈現粉紅色（或紅色）或無色，而非僅僅為粉紅色（或紅色），其顏色依鹼性的強度而定，在極強鹼的條件下呈現無色，但是在弱鹼條 件下呈現粉紅色，在強鹼條件下呈現紅色。從實際的觀察，若簡單地說酚酞在酸性中呈現無色或在鹼性中呈現粉紅色，則此說法是不正確的。

3. 我們常說酚酞在酸性條件下呈現無色的分子是中性分子，而非帶正電荷分子或帶負電荷分子。

4. 酚酞從在酸性條件下呈現無色變成在極強鹼性條件下呈現無色，其分子失去3個H⁺。

參考資料和延伸閱讀

1. Phenolphthalein, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Phenolphthalein.
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，維基百科，http://zh.wikipedia.org/wiki/酚酞。