Was ist Fluorescein?
Fluorescein ist ein gelb-rotes Pulver mit der chemischen Formel C20H12O5 und einem Molekulargewicht von 332,31.
Es wurde 1871 von dem deutschen Chemiker Adolf von Beyer synthetisiert. Fluorescein ist unlöslich in Wasser und schwach löslich in Ethanol.
Es handelt sich um einen Fluoreszenzfarbstoff, der für seine leuchtend grüne Fluoreszenz bekannt ist. Aufgrund seiner optischen Eigenschaften kann es in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt werden, unter anderem in der Biowissenschaft, der Diagnostik und der Mikroskopie.
Fluorescein wird durch Erhitzen von Phthalsäureanhydrid und Resorcin unter Einwirkung von Zinkchlorid bei 210 °C gewonnen, um eine Kondensationsreaktion auszulösen.
Anwendungen von Fluorescein
Aufgrund seiner einzigartigen Fluoreszenzeigenschaften wird Fluorescein in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt, darunter in der Biowissenschaft, der medizinischen Diagnostik und der analytischen Chemie.
1. Biowissenschaft
Fluorescein findet breite Anwendung in der Fluoreszenzmikroskopie und Zellbiologie. Durch die Konjugation von Fluorescein mit Antikörpern oder Nukleinsäuresonden und deren Bindung an bestimmte Zielmoleküle oder Zellstrukturen kann die Position und Bewegung des beobachteten Objekts verfolgt werden.
2. Medizinische Diagnostik
Fluoreszenz-Immunoassays und Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) und andere Techniken nutzen Fluorescein zum Nachweis von Krankheitserregern und genetischen Mutationen. In der Augenheilkunde kann Fluorescein auch als diagnostisches Reagenz bei der Angiographie eingesetzt werden.
3. Analytische Chemie
Fluorescein-basierte Fluoreszenzsonden werden als chemische Sensoren zum Nachweis bestimmter Ionen oder kleiner Moleküle verwendet. Die Bindung an den Analyten verändert die Fluoreszenzintensität und ermöglicht eine quantitative Analyse.
Fluorescein wird auch zum Nachweis von Ammoniak in Brunnenwasser und Flüssen verwendet.
Funktionsweise von Fluorescein
Fluorescein ist sehr lichtempfindlich und emittiert unter UV- oder sichtbarem Licht eine grüne Fluoreszenz. Außerdem ist es wasserlöslich und die Intensität seiner Fluoreszenz variiert bekanntermaßen mit dem pH-Wert.
Diese pH-Empfindlichkeit ist ein Merkmal von Fluorescein, wobei die Fluoreszenzintensität im Allgemeinen im pH-Bereich 7-9 am höchsten ist. Dies liegt daran, dass die Hydroxylgruppen in den Fluorescein-Molekülen leicht Protonen durchlassen können und sich die Morphologie des Moleküls je nach Säuregrad der Umgebung verändert.
Fluorescein ist relativ stabil gegenüber Säuren und Basen und wird in vielen Fällen nicht abgebaut. Unter extremen pH-Bedingungen kann es jedoch abgebaut werden. Fluorescein ist nicht photostabil und kann in Abhängigkeit von der Lichteinwirkung allmählich abgebaut werden. Während der Verwendung und Lagerung ist ein Lichtschutz erforderlich.
Struktur von Fluorescein
Fluorescein ist sehr empfindlich gegenüber UV- und sichtbarem Licht und emittiert bei Lichteinstrahlung eine helle grüne Fluoreszenz. Diese Fluoreszenz wird durch ein intramolekulares konjugiertes pi-Elektronensystem verursacht, das bei der Rückkehr vom angeregten Zustand in den Grundzustand Photonen freisetzt.
Fluorescein ist eine organische Verbindung mit einem Xanthengerüst. Das Xanthen-Skelett ist eine hochgradig planare Struktur, die aus einer Drei-Ring-Struktur besteht, die aufgrund der Bildung eines konjugierten π-Elektronensystems einzigartige optische Eigenschaften aufweist.
Darüber hinaus sind im Fluorescein-Molekül an den Positionen 3 und 6 Hydroxylgruppen vorhanden. Diese Hydroxylgruppen verbessern die Wasserlöslichkeit von Fluorescein und bewirken aufgrund des Protonentransfers eine pH-abhängige Änderung der Fluoreszenzintensität.
Weitere Informationen zu Fluorescein
Methoden zur Herstellung von Fluorescein
Fluorescein wird aus Phthalein und Resorcin synthetisiert. Für diese Reaktion werden hauptsächlich zwei Methoden verwendet:
1. Synthese durch die Friedel-Crafts-Reaktion
Bei dieser Synthesemethode werden Phthalein und Resorcin in Anwesenheit einer Base umgesetzt. Bei der Reaktion reagiert die Carbonylgruppe des Phthaleins mit der Hydroxylgruppe am Benzolring des Resorcins unter Bildung einer 9-on-Struktur, wobei Fluorescein entsteht.
2. Synthese durch die Wittig-Reaktion
Bei dieser Synthesemethode wird zunächst das Wittig-Reagenz mit Jodmethan und Triphenylphosphin hergestellt.
Das Wittig-Reagenz wird auf Phthalein einwirken gelassen, um eine olefinische Bindung zu bilden, die dann mit Resorcin zu Fluorescein umgesetzt wird.