Синтез аспирина в школьной химической лаборатории

XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Синтез аспирина в школьной химической лаборатории

Антонова С.А. 1
1Средняя общеобразовательная школа номер 9
Зотова О.А. 1
1Средняя общеобразовательная школа номер 9
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Аспирин (ацетилсалициловая кислота) — одно из самых старых и широко применяемых лекарственных средств в мире. Его фармакологическая активность, доступность и относительная безопасность делают его незаменимым в терапии боли, лихорадки, воспалений, а также в профилактике сердечно-сосудистых заболеваний. Синтез аспирина представляет собой классический пример органического синтеза, демонстрирующий принципы реакции этерификации, контроля реакционных условий и анализа продукта. Изучение данной темы способствует углублению знаний в области органической химии, фармакологии и безопасности химических процессов.

В 1853 году французский химик Шарль Фредерик Жерар впервые синтезировал ацетилсалициловую кислоту, но не придал этому открытию значения. Лишь в 1897 году немецкий химик Феликс Гофман, повторил этот синтез (по одной из версий — по просьбе своего отца, страдавшего от ревматизма). С тех пор аспирин стал символом современной фармакологии и одним из первых «чудо-лекарств» XX века.

Особое значение имеет её антиагрегантное действие: в малых дозах она подавляет агрегацию тромбоцитов, что позволяет в последнее время использовать её для профилактики инфаркта миокарда, инсульта и тромбоза глубоких вен. В промышленности аспирин служит исходным веществом для получения других производных, а в учебных лабораториях — важным объектом для изучения реакций этерификации.

Цель проекта — теоретически и экспериментально освоить метод синтеза ацетилсалициловой кислоты из салициловой кислоты и уксусного ангидрида, а также оценить качество полученного продукта.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 ИСТОРИЯ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО АСПИРИНА

1.1.1 История аспирина: от ивы до лаборатории

Использование коры ивы как жаропонижающего и болеутоляющего средства известно с древности — о нём упоминается в египетском папирусе Эберса (XVI в. до н. э.) и трудах Гиппократа и Галена. В XVIII–XIX веках были заложены научные основы: Эдвард Стоун в 1763 г. описал эффективность ивовой коры при лихорадке, Й. Бухнер в 1828 г. выделил из неё салицин, а Г. Кольбе в 1859 г. разработал синтез салициловой кислоты, что привело к запуску её промышленного производства в 1874 г. в Дрездене [4].

1.1.2 Промышленное получение аспирина

Промышленное производство ацетилсалициловой кислоты является многостадийным процессом, в котором исходные вещества - толуол и хлор [3].

1.2 ФАРМОКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЦЕТИЛСАЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТЫ

Ацетилсалициловая кислота (аспирин) — это популярное обезболивающее и противовоспалительное средство, которое работает, блокируя выработку в организме веществ, вызывающих боль и жар. Она помогает снизить температуру и унять головную или мышечную боль при приёме 300–1000 мг, а в больших дозах (2–3 г) — уменьшить воспаление. Важное свойство аспирина — способность «разжижать» кровь: даже маленькая доза (75–150 мг в день) надолго снижает риск образования тромбов [1]. Препарат часто назначают для профилактики инфарктов и инсультов[6].

1.3 МЕХАНИЗМ РЕАКЦИИ ЭТЕРИФИКАЦИИ

Механизм реакции этерификации [5].

  1. Под действием кислотного катализатора происходит протонирование карбоксильной группы, что увеличивает электрофильность атома углерода.

  2. Этот атом углерода атакуется нуклеофильным спиртом.

  3. Далее через образование промежуточных соединений происходит отщепление воды и образуется сложный эфир.

1.4 АНАЛИЗ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПРОДУКТА

Анализ и идентификация продукта проводится в соответствии с Государственной Фармакопеей по ФС.2.1.0006 [2].

1.4.1 Описание и температура плавления.

Качество синтезированного аспирина оценивают по физическим параметрам. Чистая ацетилсалициловая кислота представляет собой белые игольчатые или чешуйчатые кристаллы без постороннего запаха. Основной критерий чистоты — температура плавления: для фармацевтического стандарта она должна составлять 133–138 °С. Понижение температуры плавления и расширение интервала плавления свидетельствуют о наличии примесей, чаще всего непрореагировавшей салициловой кислоты или продуктов гидролиза [4].

1.4.2 Подлинность.

А. Качественная реакция с хлоридом железа (III) является специфическим тестом на наличие свободной фенольной группы. Салициловая кислота и её примеси в аспирине образуют с FeCl3 интенсивное фиолетовое окрашивание. Чистый аспирин не даёт окрашивания или проявляет слабую жёлто-коричневую окраску из-за частичного гидролиза при контакте с влагой воздуха [4].

Б. Препарат смешивают с серной кислотой, появляется запах уксусной кислоты. Затем добавляют 1 -2 капли формалина; появляется розовое окрашивание.

1.4.3 Количественное определение.

Около 0,5 г препарата (точная навеска) растворяют в 10 мл нейтрализованного по фенолфталеину (5-6 капель) и охлажденного до 8-10°С спирта. Раствор титруют с тем же индикатором 0,1 н. раствором едкого натра до розового окрашивания. 1 мл 0,1 н. раствора едкого натра соответствует 0,01802 г C9H8O4, которой в препарате должно быть не менее 99,5 % [2].

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Лабораторный синтез аспирина состоит из нескольких этапов:

Этап 1: Синтез аспирина.

В сухой химический стакан помещают 10 г салициловой кислоты.

Добавить 15 мл уксусного ангидрида с помощью мерного цилиндра.

Аккуратно добавить 2-3 капли концентрированной серной кислоты (катализатор). Поставить стакан на водяную баню с температурой 60-70 градусов. Наблюдали растворение салициловой кислоты и постепенное образование осадка -сложного эфира (ацетилсалициловой кислоты).

Полученную густую реакционную смесь охладили до комнатной температуры и отфильтровали.

Промыли осадок 20 мл дистиллированной воды, следя за pH промывных вод по универсальной индикаторной бумажке.

Поместили отфильтрованное вещество в фарфоровую чашку и сушили при комнатной температуре 2 дня.

Эксперимент был проведен дважды. Вес первого образца: 10,38 г, выход: 80%. Вес второго образца: 8,24 г, выход: 64%.

Этап 2: Подтверждение качества по ФС.2.1.0006.

1) Температура плавления.

По фармстатье температура плавления высушенного осадка, полученного в качественной реакции – 133-135 градусов.

Б) В образце №1: 145°С, 142°С, 143°С

В) В образце №2: 145°С, 150°С, 149°С

Таким образом, наши образцы недостаточно чистые. Необходимо сделать перекристаллизацию.

2) Подлинность по ФС.2.1.0006.

А) 0,5 г препарата кипятили в течение 3 минут с 5 мл раствора едкого натрия, затем охладили и подкислили разведенной серной кислотой; выделился белый кристаллический осадок. Раствор слили в другую пробирку и добавили к нему 2 мл спирта и 2 мл концентрированной серной кислоты; раствор имел запах уксусноэтилового эфира. К осадку добавили 2 капли раствора FeCl3; появилось фиолетовое окрашивание.

Б) 0,2 г препарата поместили в фарфоровую чашку, добавили 0,5 мл концентрированной серной кислоты, перемешали и добавили 2 капли воды; появился запах уксусной кислоты. Затем добавили 2 капли формалина; появилось розовое окрашивание.

3) Количественное определение ацетилсалициловой кислоты методом

титрования.

А) Приготовление 0,1н раствора NaOH: 0,2г NaOH растворили в дистиллированной воде в мерной колбе емкостью 500мл

Б) Навеску препарата, массой 1г растворили в 10 мл этилового спирта.

В) Определяем точное количество ацетилсалициловой кислоты в образцах методом титрования:

При титровании по ФС.2.1.0006 5 мл 0,1н NaOH соответствует 0,04504 г.

Навеска аспирина 0,185 г – 11,5 мл – малиновое окрашивание

Навеска аспирина 0,182 г – 11,5 мл – малиновое окрашивание

Навеска аспирина 0,182 г – 13,3 мл – малиновое окрашивание

Наши результаты указывают на то, что наш продукт недостаточно чистый. Таким образом, на основании количественного определения и температуры плавления, сделан вывод о том, что необходима перекристаллизация.

Этап 3: Перекристаллизация.

Навеску аспирина 5 г растворили при нагревании в 10 мл этанола.

К раствору добавили немного воды.

Охладили образовавшую массу снегом.

Отфильтровали выпавший осадок чистой ацетилсалициловой кислоты.

Высушили и наблюдали белые блестящие кристаллы.

Этап 4: Подтверждение качества перекристаллизованного аспирина

по ФС.2.1.0006.

1) Температура плавления.

По фармстатье температура плавления высушенного осадка, полученного в качественной реакции – 133-135 градусов.

После очистки получили: 135°С, 133°С, 135°С

2) Количественное определение ацетилсалициловой кислоты методом

титрования.

А) Приготовление 0,1н раствора NaOH: 0,2г NaOH растворили в дистиллированной воде в мерной колбе, емкостью 500мл.

Б) Навеску препарата, массой 1г растворили в 10 мл этилового спирта.

В) Определяем точное количество ацетилсалициловой кислоты в образце:

При титровании по ФС.2.1.0006 5 мл 0,1н NaOH соответствует 0,04504 г.

Навеска аспирина 0,178 г – 10,7 мл – малиновое окрашивание

Навеска аспирина 0,178 г – 10,3 мл – малиновое окрашивание

Навеска аспирина 0,182 г – 10,5 мл – малиновое окрашивание

ВЫВОДЫ

1. Изучена литература об истории получения аспирина, его фармакологического действия, применения в медицине и в химической промышленности.

2. Изучена литература по механизму реакции этерификации.

3. Дважды проведен синтез ацетилсалициловой кислоты реакцией этерификации салициловой кислоты и уксусного ангидрида. Выходы составили: 80% и 64%

5.Определен качественный и количественный состав продукта с соответствии с фармакопейной статьей.

6. Было обнаружено, что т.пл. существенно отличается от заявленной т.пл. в фармокопейной статье 2.1.0006. Данные титрования также указывали на недостаточную чистоту продукта.

7. Эти показатели указывали на то, что необходима очистка перекристаллизацией

8. Провели перекристаллизацию и вновь определили количественный состав продукта титрованием и измерили т.пл. перекристаллизированного образца, она составила 135°С, что соответствует фармстатье.

9. Таким образом, был изучен способ получения аспирина, проведен синтез, проанализирован количественный состав и определена т.пл., после чего продукт был очищен перекристаллизацией

10. Таким образом, получен чистый аспирин, отвечающий требованиям Государственной фармакопеи.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Аспирин: история и современность. Кардиология. Лагута П.С., Карпов Ю.А. ФГБУ «НМИЦК им. ак. Е.И. Чазова» Минздрава России, Москва, Россия

  2. По ФС.2.1.0006

  3. Ю. С. Краснова. Бакалаврская работа на тему: Технологический расчет установки производства ацетилсалициловой кислоты

  4. https://bigenc.ru/c/atsetilsalitsilovaia-kislota-b40819

  5. https://orgchem.ru/chem4/o2512_1.php

  6. https://www.pharmpharm.ru/jour/article/viewFile/863/731

Просмотров работы: 31