Synthese von 2-Acetyloxybenzoesäure (Acetylsalicylsäure/ Aspirin)

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1 Praktikum Anorganische und rganische Chemie I Synthese von 2-Acetyloxybenzoesäure (Acetylsalicylsäure/ Aspirin) H telfingen, 09. Mai 2004 Name name@student.ethz.ch

2 ZUSAMMENFASSUNG Hier sollte in zwei bis drei Sätzen zusammengefasst werden, welche Reaktion durchgeführt und in welcher Ausbeute die Zielsubstanz erhalten wurde. Ebenfalls sollte die Ausbeute kurz kommentiert werden. Acetylsalicylsäure wurde aus Salicylsäure und Essigsäureanhydrid unter Katalyse durch Schwefelsäure hergestellt. Die Ausbeute war mit 49% deutlich niedriger als in der Literatur angegeben, da Schwierigkeiten bei der Reinigung durch Umkristallisation auftraten. EINLEITUNG Als Einleitung bieten sich einige allgemeine Sätze zum hergestellten Präparat, zum Reaktionstyp oder ähnliches an. Aspirin ist zur Zeit eines der meist verkauften dikamente. Allein in Amerika werden jährlich 220 Tabletten pro Kopf konsumiert. Aspirin hat sehr vielfältige Wirkungen und wird zum Beispiel gegen Kopfschmerzen, Muskelkater, Erkältungen, Influenza, Arthritis und Rheuma eingesetzt. Aspirin sollte jedoch nicht als Allheilmittel angesehen werden, sind doch mehrere Nebenwirkungen wie zum Beispiel die Hinderung der Blutgerinnung bekannt. Zudem haben einige Leute eine Allergie gegenüber Aspirin. Erstaunlicherweise ist bis heute noch nicht restlos geklärt, auf welche Weise Aspirin im menschlichen rganismus wirkt [1]. STFFEIGENSCHAFTEN UND REAKTINSMECHANISMUS Hier sollten zu Beginn die wichtigsten Stoffeigenschaften der verwendeten Chemikalien und Lösungsmittel aufgeführt werden, inklusive R- und S-Sätzen. Angaben zur Entsorgung dürfen auch nicht fehlen. Acetylsalicylsäure (3) wird in diesem Versuch durch Acetylierung von Salicylsäure (1) mit Essigsäureanhydrid (2) synthetisiert. Die Reaktion wird durch Schwefelsäure katalysiert. Als Nebenprodukt entsteht Essigsäure (4). H H + H 2 S 4 H C, 10 min + H

3 Substanz molare Masse [g/mol] Dichte [g/ml] Schmelzpunkt [ C] Siedepunkt [ C] Salicylsäure (1) Essigsäureanhydrid (2) Schwefelsäure Acetylsalicylsäure (3) R- und S-Sätze R: S: R: 10-20/22-34 S: 26-36/37/39-45 R: 35 S: R: 23/24/25-36/37/38 S: /37/39-45 R-Sätze: R 10 R 20/22 R 22 R 23/24/25 R 34 R 35 R 36/37/38 R 41 entzündlich gesundheitsschädlich beim Einatmen und Verschlucken gesundheitsschädlich beim Verschlucken giftig beim Einatmen, Verschlucken und Berührung mit der Haut verursacht Verätzungen verursacht schwere Verätzungen reizt die Augen, Atmungsorgane und die Haut Gefahr ernster Augenschäden S-Sätze: S 22 S 26 S 30 S 36/37/39 S 39 S 45 Staub nicht einatmen bei Berührung mit den Augen sofort mit Wasser abspülen und Arzt oder Ärztin konsultieren niemals Wasser hinzugiessen bei der Arbeit geeignete Schutzkleidung, Schutzhandschuhe und Schutzbrille/ Gesichtsschutz tragen Schutzbrille/ Gesichtsschutz tragen bei Unfall oder Unwohlsein sofort Arzt oder Ärztin zuziehen Die bei der Aufarbeitung entstandenen wässrigen Lösungen wurden in einem Kanister für saure wässrige Abfälle entsorgt. Zudem muss in diesem Abschnitt ein detaillierter chanismus vorgeschlagen werden, der sämtliche Schritte der Reaktion umfasst. Im folgenden wird der genaue Reaktionsmechanismus dargestellt. Es handelt sich in beim ersten Schritt um einen säurekatalysierten nukleophilen Angriff der Hydroxygruppe von Salicylsäure auf Essigsäureanhydrid. Anschliessend erfolgt ebenfalls säurekatalysiert die Abspaltung von Essigsäure. Dabei entsteht als Produkt Acetylsalicylsäure.

4 Im ersten Schritt erfolgt die Protonierung von Essigsäureanhydrid durch Schwefelsäure. Dadurch wird die Carbonylgruppe für einen nukleophilen Angriff aktiviert. + H H Das Sauerstoffatom der Hydroxygruppe von Salicylsäure greift nun die Carbonylgruppe nukleophil an. Es entsteht nach Abspaltung eines Protons ein tetraedrisches Intermediat. H H H - H H H H H H Im zweiten Schritt wird durch Protonierung Essigsäure abgespalten. Dabei entsteht nach Abspaltung eines Protons Acetylsalicylsäure, das Produkt der Reaktion. H H + H H H - H H + H H Die Schwefelsäure wirkt als Katalysator für die säurekatalysierten Schritte der Reaktion. VERSUCHSDURCHFÜHRUNG Es folgt eine exakte Beschreibung des Experimentes, die alle durchgeführten Arbeitsschritte enthält. Der Text wird in der Vergangenheit und im Passiv geschrieben. In einem 125 ml Erlenmeyerkolben wurden Salicylsäure (3 g, mmol, 1.0 Equiv.) und Essigsäureanhydrid (7.4 ml, mmol, 3.6 Equiv.) vorgelegt und mit konz. H 2 S 4 (5 Tropfen) versetzt. Die Reaktionsmischung wurde anschliessend auf 50 bis 60 C erhitzt und 10 min auf dieser Temperatur gehalten. Die nun klare Lösung wurde im Eisbad abgekühlt. Durch Zugabe von kaltem H 2 zur Reaktionsmischung erfolgte die Ausfällung der gebildeten Acetylsalicylsäure. Die Kristalle wurden über eine Glasfilternutsche abfiltriert und mehrmals mit kaltem Wasser gewaschen.

5 Die Kristalle wurden in 25 ml gesättigter NaHC 3 -Lösung gelöst und vom unlöslichen Rückstand abfiltriert. Ansäuern des Filtrats mit 3 M HCl-Lösung führte zur erneuten Kristallisation. Die Kristalle wurden filtriert und mit wenig kaltem H 2 gewaschen. Umkristallisation aus 1,4-Dioxan/H 2 1:1 ergab nach Trocknen am Hochvakuum Acetylsalicylsäure (1.9 g, mmol, 49%) als weisse Kristalle. CHARAKTERISIERUNG Hier werden die erhaltenen Daten der Charakterisierung zusammengefasst, mit Literaturwerten verglichen und kurz kommentiert. a) Schmelzpunkt Literaturwert [2]: 135 C gefundener Wert: 126 C Die relativ grosse Abweichung des gefundenen Schmelzpunktes vom Literaturwert ist auf Verunreinigungen zurückzuführen. In Frage kommen dabei insbesondere die schwerflüchtigen Lösungsmittel H 2 und 1,4-Dioxan. b) Dünnschichtchromatographie Lösungsmittelgemisch: Hexan: EtAc 4:1 Detektion: UV, KMn 4 R f -Wert Salicylsäure: R f -Wert Acetylsalicylsäure: SM P c) Infrarot-Spektrum, aufgenommen in CHCl 3 Wellenzahl [cm -1 ] Interpretation [3] 3515 (w) -H Streckschwingung, C 2 H-Gruppe 3034 (m) aromatische C=C, C-H Streckschwingung 2992 (m) -H Streckschwingung, C 2 H-Gruppe (breit) 1768 (s) C= Streckschwingung, Acetat-Gruppe 1700 (s) C= Streckschwingung, C 2 H-Gruppe 1610 (m) aromatische C=C, C-H Streckschwingung 1489 (m) aromatische C=C, C-H Streckschwingung

6 LITERATUR Für das Zitieren von Literaturquellen gibt es einen festgelegten Standard. Artikel aus Fachzeitschriften werden wie folgend zitiert: Bode, J. W.; Fraefel, N.; Muri, D.; Carreira, E. M. Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 2082 Bei Verweisen auf Bücher wird folgendermassen zitiert: Chemistry and Biology of -Lactam Antibiotics; Morin, R. B.; Gorman, M., Eds.; Academic Press: New York, 1982; Volume 1, p. 582 Die Auflistung der Literaturzitate erfolgt mittels Zahlen, die in eckige Klammern gesetzt werden. [1] Niccolai, D.; Tarsi, L.; Thomas, R. J. Chem. Comm. 1997, 2333 [2] Burnett, D. A.; Caplen, M. A.; Davis, H. R. Jr.; Burrier, R. E.; Clader, J. W. J. d. Chem. 1994, 37, 1733 [3] Wu, G.; Wong, Y.; Chen, X.; Ding, Z. J. rg. Chem. 1999, 64, 3714 [4] Skiles, J. W.; McNeil, D. Tetrahedron Lett. 1990, 31, 7277