OPINPOLKU 5. Aspiriinin valmistaminen ja analysointi

OPINPOLKU 5.

Aspiriinin valmistaminen ja analysointi

Työn tarkoituksena on valmistaa salisyylihaposta syntetisoimalla asetosalisyylihappoa eli aspiriinia. Asetosalisyylihapon valmistus on yksinkertainen reaktio, joka voidaan suorittaa pienessä mittakaavassa erlenmeyerpullossa. Kiteinen raakatuote eristetään suodattamalla imun avulla ja puhdistetaan kiteyttämällä.

Reaktio on seuraava:

salisyylihappo            asetanhydridi         asetosalisyylihappo                   etikkahappo

Salisyylihappo on fenolihappo, joka sisältää bentseenirenkaaseen kiinnittyneen karboksyyliryhmän ja fenoleille tunnusomaisen hydroksidiryhmän. Salisyylihappo esteröityy tässä reaktiossa asetanhydridin eli etaanihappoanhydridin avulla. Katalyyttinä käytetään rikkihappoa. Reaktio ei onnistu vesiliuoksessa, joten lähtöaineiden on oltava kuivia.

a) Hae blogiisi tietoa (oppikirjasta/internetistä) yksikköprosesseista esteröinti, liuotus, kiteytys ja suodatus

Mitä kyseisillä yksikköprosesseilla tarkoitetaan, mitkä tekijät vaikuttavat näiden yksikköprosessien suorittamiseen, missä niitä käytetään teollisuudessa?

Esteröinti
Esteröinti on kemiallinen reaktio, jossa alkoholin ja karboksyylihapon reaktiossa syntyy esteriä ja vettä. 
Liuotus
Liuotus on yksikköprosessi, jossa kiinteä aine liukenee nesteeseen. Esim. natriumhydroksidi veteen.
Kiteytys
Kiteytys on erotus-ja puhdistusmenetelmä. Kiteytyksessä tapahtuu lämmönsiirtoa haihduttamalla sekä aineensiirtoa kiteenmuodostuksen avulla. Kiteytystä käyetään yleisesti kemian-,lääke- ja elintarvikseteollisuudessa.
Suodatus 
Suodatus on yksikköprosessi, jonka avulla nesteistä tai kaasuista erotetaan niihin sekoittuneet kiinteät osat. Suodatus on yleinen työmenetelmä sekä laboratoriossa että teollisuudessa. Suodatuksen tarkoituksena on joko nesteiden tai kaasujen puhdistus, kiinteiden aineiden talteenotto, tai molemmat.

Tarvittavat välineet:

Erlenmeyerkolvi, 100 ml

Mittalasi, 100 ml

Dekantterilasi, 100 tai 250 ml

Lämpömittari

Vesihaude

Bühnersuppilo

Suodatinpaperia

Lasisauva

Sulamispisteen mittalaite

Koeputkia

pipettejä

                           

Tarvittavat reagenssit:        

Salisyylihappoa, C7H6O3 ; n. 5 g

Etikkahapon anhydridiä eli asetanhydridi, C4H6O3 ; 7 ml

Väkevä rikkihappo, H2SO4 (VARO!! SYÖVYTTÄVÄÄ!!)

Etanolia

NaOH-liuos 0,1 mol/L

                 

B. Työn suoritus:

1. Tuotteen valmistaminen

1.1. Reaktiovaihe

Pane erlenmeyeriin 5,0 g kuivaa salisyylihappoa (kuivattu tunnin ajan 60oC:ssa), 7 ml tislattua aseanhydridiä ja 2-3 tippaa väkevää rikkihappoa (VARO, SYÖVYTTÄVÄÄ!!). Kiinnitä erlenmeyer sisältöineen statiiviin.

Sekoita seosta lasisauvalla. Lämmitä sitten seos vesihauteella 50-60oC:een. Pidä seos tässä lämpötilassa 15 minuutin ajan. Sekoita silloin tällöin. Poista lämmityksen jälkeen lämpöhaude ja anna seoksen jäähtyä. Sekoita edelleen silloin tällöin.

1.2. Eristysvaihe

Lisää erlenmeyerkolviin 75 ml tislattua vettä ja sekoita hyvin. Suodata seos imun avulla suodatinpaperille Bühnersuppilolla.

1.3. Puhdistusvaihe KITEYTTÄMÄLLÄ

Liuota raaka asetosalisyylihappo 15 ml:aan kuumaa etanolia ja kaada seos n. 40 ml:aan kuumaa tislattua vettä. Jos kiteytyminen tapahtuu jo tässä vaiheessa, lämmitä seos niin, että kiteet liukenevat. Anna kirkkaan liuoksen jäähtyä hitaasti, jolloin kauniit neulasmaiset kiteet erottuvat. Mitä hitaampi jäähtyminen sitä suuremmiksi muodostuvat kiteet. Jos kiteitä ei muodostu liuoksen jäähtyessä, hankaa lasisauvalla astian seinämiä.

Punnitse uusi suodatinpaperi ja aseta se Bühnersuppiloon. Suodata kiteet jälleen imun ja Bühnersuppilon avulla. Levitä tämän jälkeen kiteet suodatinpaperilla huokoisen imevän alustan päällä (esim paperipyyhe) ja anna kiteiden kuivua. Punnitse kuiva saostuma.

2. Tuotteen puhtauden tutkiminen

Jos tuotteeseen on epäpuhtautena jäänyt vielä reagoimatonta salisyylihappoa, saadaan määrä mitattua SPEKTROFOTOMETRISESTI.

Liuota tarkasti 0,3-0,5 g valmistamaasi aspiriinia. Liuota sitä pienessä dekantterilasissa 25 ml kuumaa vettä (Huom! Aspiriini liukenee huonosti kylmään veteen). Suodata kylmää liuosta ja ota siitä 2 ml ja 4 ml erät kahteen 100 ml mittapulloon. Lisää kumpaakin pulloon 1 ml 0,1 mol/L NaOH-liuosta ja täytä laboratoriovedellä merkkiin. Näin olet valmistanut kaksi omaa näyteliuosta spektrofotometristä mittausta varten.

Näytteenä on kaupallinen, asetyylisalisyylihappoa sisältävä särkylääketabletti. Tabletti punnitaan ja jauhetaan sen jälkeen hienoksi huhmareessa. Lisätään 20 ml 0,1-M NaOH:ta ja poistetaan liukenematon osuus suodattamalla liuos 250 ml:n mittapulloon. Huhmare pestään kuudella 10 ml:n erällä 0,1-M NaOH:ta, jotka myös valutetaan suodatinpaperin läpi mittapulloon. Lopuksi pullo täytetään NaOH-liuoksella merkkiin. Sekoitetaan pullon sisältö hyvin. Pipetoidaan 2, 3 ja 4 ml:n erät 100 ml:n mittapulloihin. Nyt näytteitä on yhteensä 5 kpl.

Valmista KANTAVAKIOLIUOS liuottamalla aluksi tarkasti 0,1 g salisyylihappoa veteen 100 ml:n mittapullossa. (Lämmitys vesihauteessa saattaa olla välttämätöntä). Mittapullo täytetään merkkiin.

Mittaukseen tarvittavat standardiliuokset valmistetaan kantavakioliuoksesta pipetoimalla sitä viiteen 100 ml:n mittapulloon 1, 2, 3, 4 ja 5 ml. Kuhunkin pulloon lisätään 1 ml 0,1mol/L NaOH-liuosta ja täytetään laboratoriovedellä merkkiin. Nollaliuos tehdään ottamalla myös 1 ml 0,1M NaOH-liuosta ja täytetään vedellä merkkiin.

Näin mittausta varten käytettävissä ovat liuossarja 0-liuos, 10 mg/L. 20 mg/L, 30 mg/L, 40 mg/L ja 50 mg/L sekä kaksi laimennosta valmistetun aspiriinin vesiliuotuksesta. Mitataan liuosten absorbanssit spektrofotometrilla aallonpituudella 297 nm. Kyvettinä käytetään kvartsikyvettiä (UV-kyvetti), joka läpäisee ultraviolettivaloa.

Standardiliuosten avulla piirretään excel-ohjelmalla vakiokuvaaja ja sen avulla saadaan mitattujen näyteliuosten pitoisuudet selville. Laskennassa täytyy ottaa huomioon laimennokset 2ml →100 ml ja 4 ml → 100 ml.

Määritä valmistamasi aspiriinijauheen sulamispiste sulamispisteen mittauslaitteella. Laita toisesta päästä avoimeen kapillaarinäyteputkeen valmistamaasi aspiriinijauhetta. Pudottele kapillaaria suljettu pää alaspäin lasiputkessa, jolloin jauhe menee kapillaarin pohjalle. Aseta sitten kapillaariputki laitteeseen. Kytke virta ja tarkista asetukset SET-näppäimellä. Loppulämpötilan tulee olla 150­o­C ja nostonopeus 1,5 astetta minuutissa.

Tarkastele näytteen rakennetta. Heti, kun rakenne muuttuu, sulamispiste on saavutettu. Kirjaa ylös sulamislämpötila ja vertaa sitä kirjallisuusarvoon

TULOKSET:

Tuotteen teoreettinen saanto:

Tuotteen teoreettinen määrä eli teoreettinen saanto voidaan laskea lähtöaineiden määristä reaktioyhtälön avulla. Etsi salisyylihapon ja asetosalisyylihapon moolimassat ja laske teoreettinen saanto.

Laske sitten saantoprosentti vertaamalla työssä saatua tuotteen massaa teoreettiseen massaan.

s-% =  { s0 / st }. 100 %                  , missä          s-% on saantoprosentti

                                                                           st on teoreettinen saanto

                                                                            s0 on työssä saatu saanto

Työn lopputulokset

Aspiriinin sulamispiste: 138 celciusastetta, kun optimaalinen sulamispiste olisi ollu 135 celsiusastetta. Eroa on siis 3 celsiusta.

Saantoprosentiksi tuli 48,33% ja pH-arvoksi 4.
Kaupallisen aspiriinin pitoisuus oli 100mg/tabletti¨
Saatu pitoisuuden keskiarvo 85,2
Virheprosentti 14,8