Synthese von Acetylsalicylsäure (Aspirin)

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1 1 Grundlagen 1.1 Einleitung Synthese von Acetylsalicylsäure (Aspirin) von HRISTPH KÖLBL Acetylsalicylsäure, ist eines der weit verbreiteten Schmerz- und Entzündungshemmenden Mittel. Bekannt wurde Acetylsalicylsäure unter dem Namen Aspirin. In diesem Versuch soll zunächst Aspirin selbst hergestellt werden und anschließend mittels Dünnschichtchromatographie auf die Reinheit hin untersucht werden. 1.2 Geschichte Bereits in der Antike wurde durch das Kochen von Weidenbaumrinden Extrakte zur Schmerzstillung verwendet. Weidenrinde enthält Salicin ein Glykosid der Salicylsäure. Im Jahr 1853 gelang es harles Frédéric Gerhardt erstmal unreine Acetylsalicylsäure zu synthetisieren. Einige Jahre später konnte Salizylsäure großtechnisch hergestellt werden und zur Behandlung von Schmerzen und Fieber eingesetzt werden. Allerdings schränkten die starken Nebenwirkungen, wie z.b. Magenbeschwerden die Einsatzmöglichkeiten ein. Felix Hoffmann entdeckte, dass durch Anlagerung einer Acetylgruppe an die Salicylsäure die Nebenwirkungen verschwanden. Es entsteht die Acetylsalicylsäure. Der gängige Name für Acetylsalicylsäure ist Aspirin. Der Name stammt von der Firma Bayer und ist rechtlich geschützt. Deshalb bezeichnen andere Firmen ihre Medikamente mit dem gleichen Wirkstoff mit A oder ASS. 1.3 Die verwendeten Stoffe und deren Eigenschaften Acetanhydrid (Essigsäureanhydrid): Entzündlich, Gesundheitsschädlich beim Verschlucken, Verursacht Verätzungen, heftige Reaktion mit Wasser, explosiv Salicylsäure: Gesundheitschädlich beim Verschlucken, Augenschäden, Berührung mit Haut vermeiden Toluol: Leicht entzündlich, Gesundheitschädlich, Reizt die Augen/Haut, Gefahr bei längerer Exposition, Lungenschäden Essigester:

2 Leicht entzündlich, schwere Verätzungen, führt zu spröder Haut, Dämpfe können Benommenheit verursachen, nicht einatmen, nicht in Kanalisation leeren Essigsäure: Entzündlich, verursacht schwere Verätzungen, nicht einatmen Schwefelsäure: Schwere Verätzungen, niemals Wasser hinzugeben, nicht in die Augen bringen 1.4 Veresterung Die Veresterung ist eine Gleichgewichts- und Kondensationsreaktion, bei der sich ein Alkohol mit einer Säure zu einem Ester paart. Die allgemeine Reaktionsgleichung einer Veresterung lautet: Säure + Alkohol Ester + Wasser In diesem Versuch handelt es sich um eine säurekatalysierte Veresterung (Fischer- Veresterung). Die Salicylsäure reagiert dabei als Alkohol mit dem Essigsäureanhydrid. Als Katalysator dient hier die Schwefelsäure. Die Reaktionsgleichung sieht dabei folgendermaßen aus: H + H + + RH H R H + - H H + R R 1.5 Dünnschichtchromatographie Die Dünnschichtchromatographie ist ein physikalisch-chemisches Trennverfahren, das zur Untersuchung der Zusammensetzung von Proben genutzt wird. Das Verfahren wird zum Nachweis von Reinheit oder zur Verfolgung des Reaktionsverlaufes von chemischen Umsetzungen im Labor. Bei der hromatographie verwendet man zwei Phasen, eine stationäre und eine mobile. Auf die stationäre Phase, die entweder fest oder flüssig ist, trägt man die Probe auf. Die mobile Phase löst dagegen die Stoffe der Verbindung auf. Jetzt wandern die Teilchen, aufgrund von Wärmebewegung, Diffusion,, von der einen Phase in die andere. Anhand der Laufmittelfront (siehe Abb. 3) kann nun der R f -Wert angegeben werden. Dieser stellt das Verhältnis von Laufmittelfront zur Laufweite des zu messenden Stoffes dar. a R f = b Man kann somit jeden Stoff eindeutig bestimmen. Bei dieser durchgeführten Dünnschichtchromatographie ist die stationäre Phase eine Glas- bzw. Kunststoffplatte auf der ein Adsorptionsmittel, wie zum Beispiel Kieselgel aufgetragen ist. Als Laufmittel wurde ein

3 Gemisch von Toluol, Essigester und Essigsäure verwendet. Mit Hilfe von UV-Licht können farblose Stoffe aufgrund von Fluoreszenz nachgewiesen werden. 2 Aspirinsynthese 2.1 Versuchsaufbau 2.2 Versuchszubehör Abb. 1: Versuchsaufbau Heizplatte Wasserbad Büchnertrichter Rührfisch Rückflusskühler Stativ Salicylsäure Essigsäureanhydrid Schwefelsäure Aus Sicherheitsgründen: Laborkittel und Schutzbrille 2.3 Versuchsdurchführung Im ersten Versuchsteil wird die Acetylsalicylsäure hergestellt. Es werden dazu 1,8g (13mmol) Salicylsäure in einen 50ml Rundkolben gefüllt. Dann werden 3,98g (39mmol) Essigsäureanhydrid dazu gegeben. Nachdem das Gemisch mit einem Rührfisch gerührt wurde, werden zwei bis drei Tropfen Schwefelsäure dazugegeben. Diese dient in diesem Versuch als Katalysator. Anschließend wird die Rückflusskühlung eingeschaltet und das Gemisch in dem Wasserbad ( ) gerührt. Um das restliche Essigsäureanhydrid zu hydrolysieren wird in den Rückflusskühler von etwas Wasser hinzugegeben

4 Nach Abklingen der Reaktion wird das Gemisch auf Eiswasser gegossen und mit einem Büchnertrichter (siehe Abb. 2) filtriert. Abb. 2: Funktionsweise eines Büchner-Trichter Im Trichter bleibt die Acetylsalicylsäure zurück. Diese wird erneut mit Wasser versetzt und nochmals erhitzt und abfiltriert. Das Produkt wird nun getrocknet und die erhaltene Masse wird bestimmt. Die Masse beträgt: 1,17 g 100% = 20,2% 3,98g + 1,8 g 3 Bestimmung der R f -Werte m P = 1, 17g. Die Ausbeute beträgt somit: Nun kann mit Hilfe der Dünnschichtchromatographie die Reinheit des Produkts ermittelt werden. Als Vergleichssubstanz dient Aspirin, welches in Ethanol, Salicylsäure und einer selbsthergestellten Lösung (aus Toluol, Essigester und Essigsäure) gelöst wurde. Es werden die Substanzlösungen mit Glaskapillaren auf die Startlinie der Kieselgelfolie aufgetragen. Anschließend wird die Folie senkrecht in den Behälter mit dem Laufmittel gestellt. Sobald der Lauf weit genug fortgeschritten ist, wird die hromatographie abgebrochen, die Laufmittelfront markiert und die Folie mit einem Föhn getrocknet. Anschließend wird die Kieselgelfolie unter das UV-Licht gehalten. Dabei werden wie in folgender Abbildung hromatographie-flecken sichtbar. Abb. 3: Kieselgelfolie unter UV-Licht Aus dem Verhältnis der zurückgelegten Strecke a und Laufmittelfront b lässt sich der R f -Wert bestimmen. Es gilt:

5 R f a = b Man kann dadurch Rückschlüsse auf die jeweiligen Stoffe ziehen. Folgende Tabelle gibt die gemessenen bzw. berechneten Werte wider (Laufmittelfront: 5,9cm): Aspirin Salicylsäure Produkt a 3,2 cm 3,7 cm 3,5 cm R f 0,54 0,63 0,59 Wie man der Tabelle entnehmen kann sind die R f -Werte sehr ähnlich. Es wurde also eine relativ hohe Reinheit erzeugt. 4 Fragen 1. Warum wird ein dreifacher Überschuss an Essigsäureanhydrid verwendet? Wenn man einen dreifachen Überschuss von Essigsäureanhydrid verwendet, dann wird die komplette Salicylsäure gelöst. Da Essigsäureanhydrid stark hygroskopisch ist und bereits bei Raumtemperatur verdampft, ist es von Vorteil einen größeren Anteil dazuzugeben, da sonst bei Raumtemperatur nicht mehr die ausreichende Menge zur Reaktion vorhanden ist. Am Ende wird der Überschuss mit Wasser wieder entfernt. 2. Warum gießt man Säuren ins Wasser und nicht umgekehrt? Wenn Wasser und eine Säure reagieren, dann wird eine enorme Menge an thermischer Energie frei. Wenn man eine Säure ins Wasser gießt, so nimmt das Wasser die gesamte Energie auf. Im Gegensatz dazu: Wird Wasser in die Säure gegossen, so wird das Wasser sofort überkochen / spritzen kann. 3. Was bewirkt die Verwendung eines Katalysators? Was wird bei der Zugabe des Katalysators beobachtet? Katalysatoren setzen die Aktivitätsenergie herab und bleiben nach der Reaktion erhalten. Bei diesem Versuch wird als Katalysator Schwefelsäure verwendet. Durch diesen Katalysator wird der arbonylsauerstoff im Anhydrid protoniert. Dadurch wird das Anhydridmolekül schneller nukleophil durch das H angegriffen. 4. Warum steigt die Flüssigkeit bei der Dünnschichtchromatographie nach oben? Die Flüssigkeit steigt bei der Dünnschichtchromatographie nach oben. Das liegt an der Kapillarwirkung der Flüssigkeit. Die durch Kapillarkräfte verursachten zurückgelegten Wegstrecken der Substanzen eines Gemisches resultieren aus der Affinität zur mobilen bzw. stationären Phase. 5. Wieso verwendet man zur Detektion der Produkte / Edukte auf der D-Platte UV-Licht? UV-Licht wird verwendet, da die D-Platten auf die bestimmte Wellenlänge fluoresziert (hier: 254nm). So können farblose Stoffe mit Licht aus einem anderen Wellenlängenbereich, aufgrund von Absorptions- bzw. Fluoreszenzwirkung, sichtbar gemacht werden