Laborbericht. Aspirin. Nina Menghini Bianca Theus Anna Senn

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1 Laborbericht Aspirin Nina Menghini Bianca Theus Anna Senn Mai Juni 2005

2 INHALTSVERZEICHNIS 1. EINLEITUNG GESCHICHTE DES ASPIRIN ZIEL THEORIE ALLGEMEINES Die Summenformel von Aspirin (Acetylsalicylsäure) lautet: Die Strukturformel sieht folgendermassen aus: HERSTELLUNG VON ASPIRIN... 3 Die Reaktionsgleichung lautet: IDENTIFIKATIONSREAKTIONEN Farbreaktion: Durchführung einer Dünnschichtchromatographie: Schmelztemperaturbestimmung: MATERIAL VORGEHEN HERSTELLUNG VON ASPIRIN IDENTIFIKATIONSREAKTIONEN Dünnschichtchromatogramm Schmelztemperaturbestimmung RESULTATE HERSTELLUNG VON ASPIRIN DÜNNSCHICHTCHROMATOGRAMM SCHMELZPUNKTBESTIMMUNG INTERPRETATION HERSTELLUNG VON ASPIRIN DÜNNSCHICHTCHROMATOGRAMM a) selbst hergestelltes Aspirin b) gekauftes Aspirin c) Salicylsäure SCHMELZPUNKTBESTIMMUNG QUELLEN i

3 1. Einleitung 1.1 Geschichte des Aspirin Das wohl berühmteste Arzneimittel der Welt ist Aspirin. Seine Geschichte begann 1897, als es dem Chemiker Dr. Felix Hoffman und seinem Team zum ersten Mal gelang, Acetylsalicylsäure den Wirkstoff von Aspirin verträglicher und stabiler zu machen. Der Name Aspirin folgte 1899, er setzt sich aus drei verschiedenen Begriffen zusammen: - A steht für Acetyl, einem Bestandteil der Grundsubstanz Acetylsalicylsäure. - spir steht in Anlehnung an die Spirsäure aus dem Saft der Spirstaude (Spiraea ulmaria). Spirsäure ist mit der Salicylsäure chemisch identisch. - in war eine damals gebräuchliche Endung in der chemischen Namensgebung. Um 1899 wurde Aspirin als Mittel gegen rheumatische Beschwerden eingesetzt. Nachdem es zuerst in Pulverform angeboten wurde, war es ab 1900 auch in Tablettenform erhältlich. Das hatte gleich mehrere Vorteile: Die Herstellung wurde dadurch preisgünstig, die Dosierung genauer und das Präparat für jeden erschwinglich. Aspirin war verlässlich wirksam und gut verträglich. Mit diesem Erfolgsrezept begann es seinen Triumphzug rund um den Globus - und wurde das erfolgreichste Medikament aller Zeiten. Um 1950 wurde Aspirin für die Behandlung von Schmerzen, Fieber und Entzündungen eingesetzt. Als meistverkauftes Schmerzmittel kam es ins Guinness- Buch der Rekorde. Es hat sich bis heute neben den zahlreichen anderen Schmerzmitteln als Schmerzmittel erster Wahl behauptet. Auch wird es als schmerzstillendes, fiebersenkendes Medikament und in geringer Dosierung als Mittel zur Blutverdünnung" bei der Herzinfarktvorbeugung eingesetzt. Die Wirkung des Aspirin setzt schon nach ca. 30 min ein. Im Körper wird es in der Leber zu 90 % in Salicylsäure umgesetzt, die selbst auch schmerzstillend und fiebersenkend wirkt. Über die Niere verlässt sie unseren Körper. Die Acetylsalicylsäure ist schnell und einfach zu synthetisieren, demzufolge preiswert und findet daher breite Anwendung. 1

4 Jedoch hat auch dieses Medikament seine Nachteile. Neben allergischen Reaktionen wie Hautausschlägen oder dem Anschwellen des Auges durch Wassereinlagerung entstehen durch die Salicylatreizung Entzündungen in Magen und Darm, die wegen der herabgesetzten Blutgerinnung schlecht heilen. Bei längerer oder hochdosierter Verabreichung kann es auch zu gefährlichen Magenblutungen kommen. Zu Beginn der 70er Jahre des neunzehnten Jahrhunderts stellten sich immer mehr Wissenschaftler die Frage: Wie und wo wirkt Aspirin eigentlich im Organismus? Es war der Pharmakologe Sir John Vane, der 1971 den Schlüssel für das klassische Wirkprofil der Acetylsalicylsäure lieferte: Es hemmt die Biosynthese sogenannter Prostaglandine. Dabei handelt es sich um körpereigene Substanzen welche als hormonähnliche Botenstoffe vielfältige Funktionen im Organismus übernehmen wurde AspirinPlus C mit 400 mg Acetylsalicylsäure und 240 mg Vitamin C eingeführt. Ab Mitte der 70er Jahre beschrieben unterschiedliche Autoren Zusammenhänge zwischen dem Wirkstoff von Aspirin, der Acetylsalicylsäure und Vitamin C im Plasma sowie in den weißen Blutkörperchen. Das weist auf einen positiven Einfluss auf das Immun- oder Abwehrsystem hin was bedeutet, dass Aspirin auch zur Gesunderhaltung unseres Körpers beiträgt. Im selben Jahr kam auch Aspirin forte auf den Markt. Die Tablette enthält 500 mg Acetylsalicylsäure und 50 mg Koffein. In verschiedenen Studien wurde festgestellt, dass durch das Koffein die schmerzlindernde Wirkung von Acetylsalicylsäure um den Faktor 1,3 1,7 erhöht werden kann. Darüber hinaus tritt durch diesen Zusatz die Wirkung der Acetylsalicylsäure wesentlich schneller ein feierte Aspirin seinen hundertsten Geburtstag. Dieses veredelte Naturheilmeittel gehört nun seit 100 Jahren zu den innovativsten Medikamenten unserer Zeit. Am 15. September 2000 wurde in Bitterfeld die 10 Milliardste Aspirin Tablette hergestellt. Die Zukunft von Aspirin hat gerade erst begonnen. Und sie entwickelt sich stetig weiter. Der anhaltende Fluss neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse über den Wirkmechanismus von Acetylsalicylsäure eröffnet neue Aussichten auf eine Ausweitung der Anwendungen und anspruchsvollere Indikationen, als wir sie uns heute vorstellen können. Es wird weiterhin zu den wichtigsten Themen der modernen Medizin gehören. 2

5 2. Ziel Ziel unserer Experimente war es, Aspirin in möglichst reiner Form herzustellen und dies anschliessend mit zwei verschiedenen Methoden zu überprüfen. 3. Theorie 3.1 Allgemeines Die Summenformel von Aspirin (Acetylsalicylsäure) lautet: HOOC-C 6 H 4 -COOCH Die Strukturformel sieht folgendermassen aus: Acetylsalicylsäure hat folgende Eigenschaften: Die Molmasse beträgt 180,2 g/mol und der Aggregatzustand bei Normalbedingungen ist Kristallin (Ionengitter). Ihre Dichte beträgt 1,350 kg/m3 und ihr Schmelzpunkt liegt bei C (Zersetzung bei ca. 140 C). Sie ist sehr gut löslich in Ethanol und Alkalilauge. Benzol und Wasser sind schlechte Lösungsmittel. 3.2 Herstellung von Aspirin Für die Herstellung von Aspirin verwendet man Salicylsäure sowie Essigsäureanhydrid (siehe 5. Vorgehen). Das Essigsäureanhydrid bewirkt, dass eine Acetylgruppen an die Salicylsäure angelagert wird. Durch diesen Vorgang entsteht Acetylsalicylsäure. 3

6 Die Reaktionsgleichung lautet: H 2 SO 4 C 7 H 6 O 3 + C 4 H 6 O 3 C 9 H 8 O 4 + CH 3 COOH H 2 SO 4 Bei dieser Reaktion handelt es sich um eine Veresterung der Alkoholfunktion von Salicylsäure mit Essigsäureanhydrid in saurem Milieu. Die Schwefelsäure (H 2 SO 4 ) dient bei dieser Reaktion als Katalysator. 3.3 Identifikationsreaktionen Um nachzuweisen, dass die mit dieser Reaktion erhaltene Substanz Aspirin ist, gibt es viele verschiedene Methoden. Für unsere Experimente verwendeten wir einerseits die Farbreaktionen mit Eisen(III)-chlorid-Lösung, andererseits die Schmelztemperaturbestimmung Farbreaktion: Reine Salicylsäure gibt in Wasser (oder Ethanol) gelöst mit verdünnter wässriger Eisen(III)-chlorid-Lösung eine kräftige violette Färbung, reines Aspirin hingegen verfärbt sich nicht. Ist das selbst hergestellte Aspirin durch Salicylsäure verunreinigt, verfärbt sich die Lösung mit Eisen(III)-chlorid-Lösung ebenfalls violett Durchführung einer Dünnschichtchromatographie: Die Dünnschichtchromatographie (DC) wird vor allem in der Analytik eingesetzt. Sie besitzt u. a. folgende Vorteile: geringer apparativer Aufwand hohe Trennleistung geringer Substanzbedarf geringe Entwicklungszeit für ein Chromatogramm 4

7 einfacher Nachweis funktioneller Gruppen auf dem Dünnschichtchromatogramm mit spezifischen Sprühreagentien Sie wird im präparativ-organischen Bereich vor allem eingesetzt für: Analyse von Produktgemischen im Mikromaßstab Verfolgung chemischer Reaktionen Reinheitskontrolle Ermittlung der Bedingungen für die präparative Säulenchromatographie Mit einem DC - Chromatogramm lässt sich in relativ kurzer Zeit ein sicherer und einfacher Nachweis erstellen. Dafür benötigt man ein Laufmittel, um die zu testende Substanz zu trennen. Die Wahl des erforderlichen Laufmittels ist abhängig von der Struktur der zu trennenden Substanzen. Zur Auftragung der Substanz wird eine ca %-ige Lösung mit einer feinen Kapillare etwa 1cm vom unteren und seitlichen Rand der DC-Platte (in unserem Fall eine DC-Kieselgel-Alufolie) entfernt durch kurzes, vorsichtiges Auftupfen so aufgetragen, dass der Fleckendurchmesser max. 3 mm beträgt. Werden mehrere Proben aufgetragen, sollte der Abstand der Startflecken etwa mm betragen. Zweckmäßigerweise werden die Startpunkte markiert (z. B. durch einen leichten Bleistiftstrich). Für die Entwicklung des Chromatogramms wird ein Becherglas etwa 3 mm hoch mit dem Fliessmittel gefüllt. Die DC-Kieselgel-Alufolie wird dann vorsichtig senkrecht (mit der Startlinie nach unten) in das Becherglas gestellt, so dass das Fliessmittel durch die Kapillarkräfte in der trockenen Schicht aufsteigt und das Chromatogramm entwickelt. Die Entwicklung ist dann beendet, wenn das Fliessmittel bis kurz vor den obersten Rand der Folie gestiegen ist. Die Platte wird entnommen, die Fliessmittelfront sofort mit einem Bleistift markiert und die Folie getrocknet. Der Abstand von der Startlinie bis zur Fliessmittelfront bezeichnet man als Trennstrecke. 5

8 Diese Darstellung ist ein schematischer Ablauf einer Dünnschichtchromatographie Schmelztemperaturbestimmung: Reine Salicylsäure hat eine Schmelztemperatur von ca. 160 C, diejenige von reinem Aspirin liegt zwischen ca.135 ca.140 C (je nach Quelle). Ist das Aspirin mit Salicylsäure verschmutzt, steigt der Schmelzpunkt. Ist es mit anderen Substanzen verschmutzt, sinkt er. Ist das Aspirin stark mit Salicylsäure verschmutzt (violette Färbung), hat aber trotzdem einen niedrigen Schmelzpunkt, weist das auf eine starke Verschmutzung mit anderen Substanzen hin. 4. Material 200ml Erlenmeyerkolben 10ml Messzylinder Pipette Peleusball 250ml Becherglas Eiswürfel 500ml Becher Glasstab Nutsche 6

9 Filterpapier Wasserstrahlpumpe Papiertücher Kapillarröhrchen Tüpfelplatte DC Kieselgel Alufolie Apparatur für die Bestimmung der Schmelztemperatur Temperaturmessgerät Salicylsäure Essigsäureanhydrid Essigsäure (Eisessig) konzentrierte Schwefelsäure (H 2 SO 4 ) Ethanol Fliessmittel Eisen(III)-chlorid-Lösung destilliertes Wasser 5. Vorgehen 5.1 Herstellung von Aspirin Unsere Vorbereitungen begannen mit dem Bereitstellen der verschiedenen Materialen und dem Aufsetzen der Schutzbrillen. Anschliessend konnten wir mit der Herstellung von Aspirin beginnen: 1. Als erstes gaben wir 5g Salicylsäure in den 200ml Erlenmeyerkolben und fügten dann mit einer Pipette 10ml Essigsäureanhydrid hinzu. Nun musste das Gemisch während ungefähr zwei Minuten geschüttelt werden. 2. Zu dieser Mischung gaben wir nun 10ml Eisessig und 3 Tropfen konzentrierte Schwefelsäure (H 2 SO 4 ) hinzu. Dieses neue Gemisch musste nun für fünf bis zehn Minuten geschüttelt werden, bis die Flüssigkeit klar wurde und keine Feststoffteilchen mehr enthielt. 3. Die nun klare Flüssigkeit mischten wir in einem 250ml Becherglas mit 100ml destilliertem Wasser, welches wir vorher bereits im Eiswasser gekühlt haben. 7

10 4. Das 250ml - Becherglas mit dem klaren Gemisch wurde in ein 500ml Becher mit Eiswasser gestellt. Nun mussten wir mit einem Glasstab am Becherrand reiben, um die Kristallisation zu starten. Nach ungefähr zehn Minuten war die Ausfällung abgeschlossen und wir gingen zum nächsten Schritt über. 5. Wir legten das Filterpapier in die Nutsche und schlossen diese mit Hilfe eines Schlauches an die Vakuumpumpe an. Auf diese Weise filtrierten wir das Kristallisat. Um sicher zu gehen, dass nichts im 250ml Becherglas übrig bleibt, spülten wird dieses drei Mal mit destilliertem Wasser nach. 6. Zum Schluss legten wir das Filterpapier mit dem hergestellten Aspirin auf ein Papiertuch und verteilten es gleichmässig, sodass es gut trocknen konnte. 5.2 Identifikationsreaktionen Dünnschichtchromatogramm 1. Als erstes gaben wir kleinste Mengen von unserem selbstgemachtem und von gekauftem Aspirin sowie von reiner Salicylsäure auf eine Tüpfelplatte. (Die Substanzen durften nicht miteinander in Berührung kommen!!) 2. Anschliessend lösten wir alle drei Proben in Ethanol. 3. Mit einem Kapillarröhrchen (für jede Probe ein Eigenes!) gaben wir je einen Tropfen auf eine Kieselgel-Alufolie und markierten ihn mit einem Bleistiftstrich. 4. Nach dem Trocknen stellten wir das Papier in ein Becherglas mit dem Fliess- mittel und deckten das Glas zu. 5. Nach ca Minuten nahmen wir das Papier heraus und trockneten es mit Hilfe eines Föhns. 6. Um das Chromatogramm zu entwickeln, besprühten wir es mit der Eisen(III)-chlorid-Lösung und trockneten es anschliessend mit dem Föhn. 8

11 5.2.2 Schmelztemperaturbestimmung 1. Wir stopften ein wenig selbstgemachtes Aspirin sowie ein wenig Salicylsäure in ein Kapillarröhrchen. 2. Anschliessend stellten wir das Röhrchen in die Apparatur für die Schmertemperaturbestimmung. 3. Langsam erhöhten wir die Temperatur, die wir mit einem Messgerät überwachen konnten. 4. Durch eine Lupe konnten wir das Röhrchen beobachten und konnten sehen, bei welcher Temperatur das Aspirin geschmolzen ist. Dasselbe machten wir mit der Salicylsäure, wobei der Schmelzpunkt wie zu erwarten war, ein wenig höher lag (siehe 6. Resultate). 6. Resultate 6.1 Herstellung von Aspirin Gemäss der Reaktionsgleichung entstehen aus 138g Salicylsäure 180g Aspirin. Wir haben 5g Salicylsäure verwendet. Es ergibt sich folgende Gleichung: 138g 180g 5g 6.5g Aspirin = 100% Nachdem das Aspirin getrocknet war, haben wir es gewogen. Unsere Ausbeute betrug 2.5g. Es ergibt sich eine weitere Gleichung: 6.5g 100% 2.5g 38.5% = Ausbeute 9

12 6.2 Dünnschichtchromatogramm 1. Identifikation von Aspirin Ganz links: a) Aspirin selbstgemacht Mitte: b) Aspirin gekauft Ganz rechts: c) Salicylsäure a) b) c) 2. a) b) c) 6.3 Schmelzpunktbestimmung Reine Salicylsäure hat ihren Schmelzpunkt bei ca. 160 C. Unsere Messung ergab einen Schmelzpunkt von ca. 164 C. Gekauftes Aspirin hat eine Schmelztemperatur von ca. 145 C (andere Quelle: C). Unsere Messung mit dem selbstgemachten Aspirin ergab einen Schmelzpunkt von ca. 138 C. 10

13 7. Interpretation 7.1 Herstellung von Aspirin Wie man bei Punkt 6.1 sehen kann, liegt unsere Ausbeute bei 38.5%. Die zu erwartende Ausbeute bei der Herstellung von Aspirin in der Schule liegt im besten Falle zwischen 50 70%. Gründe für eine solche Differenz könnten folgende sein: Anfangs beim Abwägen der 5g Salicylsäure ist nicht die ganze Menge in den Erlenmeyerkolben gelangt. Während der Ausfällung hat nicht die gesamte Menge Salicylsäure auskristallisiert, was bei Punkt 7.2 auch von Bedeutung sein wird. Da Aspirin wasserlöslich ist, ging beim Spülen des Becherglases (siehe 5.5) ein Teil des Aspirins in Lösung. Dadurch konnte es durch den Filter gelangen. Nach dem Trocknen mussten wir das erhaltene Aspirin vom Papiertuch lösen um es zu wägen. Dabei blieb ein Teil des Aspirins auf dem Tuch kleben. Weiter mussten wir das Aspirin ohne den Filter wägen, wobei erneut ein wenig Aspirin verloren ging. 7.2 Dünnschichtchromatogramm a) selbst hergestelltes Aspirin Unser selbst hergestelltes Aspirin war nur leicht mit Salicylsäure verschmutzt. Diese leichte Verschmutzung ist darauf zurückzuführen, dass nicht die ganze Menge Salicylsäure auskristallisiert hat. b) gekauftes Aspirin Im Gegensatz zu der zweiten kann man bei der ersten Darstellung eine Verschmutzung durch Salicylsäure erkennen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das gekaufte (reine) Aspirin und die Salicylsäure zu nahe beieinander gestanden haben und das Aspirin durch diese Unachtsamkeit verunreinigt wurde. c) Salicylsäure Wie erwartet, ist nach der Entwicklung des Chromatogramms eine starke violette Färbung eingetreten. 11

14 7.3 Schmelzpunktbestimmung Der Schmelzpunkt des selbst hergestellten Aspirins liegt zu tief (138 C). Der Schmelzpunkt reinen Aspirins liegt bei ca. 145 C. Die Differenz von 7 C ist auf eine Verschmutzung des Aspirins durch weitere Fremdstoffe (nicht Salicylsäure!) zurückzuführen. 8. Quellen Unterlagen aus dem Unterricht Nani Menghini Internet: