Universidad Autónoma del Estado de México. Facultad de Química. Licenciatura en Ingeniería Química. Laboratorio de Química Orgánica, Heteroalifática y Polímeros. Práctica No. 3
“Síntesis de Aspirina”
Integrantes: Gómez García Antonio de Jesús. Limón Hernández Miguel. Miguel. Patiño Ramírez Mariana Monserrat.
Grupo 56
Periodo 2013-B
Práctica No. 3 “ Síntesis de Aspirina”
Objetivo. Sintetizar ácido acetilsalicílico a partir de la reacción de esterificación del grupo hidroxílico del ácido salicílico, usando diferentes catalizadores (Ácido Sulfúrico, Piridina y Acetato de Sodio) para analizar la velocidad de reacción, debido a la importancia de este compuesto en la industria farmacéutica.
Hipótesis. La reacción será más rápida usando ácido sulfúrico como catalizador, seguida de piridina y por último el acetato de sodio, que será el catalizador donde la reacción tarde más en ocurrir.
Fundamento teórico. El ácido acetilsalicálicilico (ácido 2-acetoxibenzoico) es más conocido por su nombre comercial de “Aspirina”; su acción terapéutica es como
analgésico,
agente antiinflamatorio y antipirético (reduce la fiebre). El ácido acetilsalicílico es el éster del ácido acético (ácido etanoico) y el grupo hidroxilo del ácido salicílico.
Aunque se pueden obtener ésteres por interacción directa del ácido acético con un alcohol o un fenol, se suele usar como agente acetilante el anhídrido acético como sustituto del ácido acético, dado que la reacción de esterificación es mucho más rápida. Para la síntesis de aspirina se utilizan dos reactivos de gran importancia:
Anhídrido acético o anhídrido etanóico (C4H6O3): se obtiene a partir de la cetena (C2H2O) con ácido acético.
Ácido salicílico: se obtiene al hacer reaccionar el fenóxido sódico (C6H5ONa) con dióxido de carbono a 125ºC y 100 atm, para dar salicilato sódico (C7HO3Na) que en medio ácido da como producto ácido salicílico (C7H6O3).
La utilización del ácido sulfúrico, es para evitar que se pierda el protón (H+) del ácido salicílico, y evitar que la reacción se produzca en ese punto, pues deseamos que se de en el grupo hidroxilo. Hacer que el acetato que se forma como subproducto de la reacción, del anhídrido acético, forme ácido acético y no intervenga en la reacción.
Material.
Equipo.
3 Tubos de ensayo de 13 x
Baño María.
100 mm.
Aparato de Fisher Johns.
1 Matraz Erlenmeyer de 50 mL.
Varilla de vidrio.
Embudo büchner.
Matraz kitasato.
Manguera de hule látex.
Reactivos.
Ácido salicílico.
Piridina.
Anhídrido acético.
Ácido sulfúrico.
Acetato de sodio.
Hielo.
Naturaleza y Toxicología de las Sustancias. Ácido salicílico. Aspecto: Sólido de color blanco. Olor: Inodoro. Punto de fusión: 159°C. Punto inicial de ebullición: 211°C Solubilidad: 1,8 g/l en agua a 20°C. Exposición: Inhalación. Aire fresco. Piel. Aclarar con abundante agua, eliminar la ropa contaminada. Ojos. Aclarar con abundante agua manteniendo los párpados abiertos. Ingestión: No beber agua ni provocar el vómito.
Anhídrido acético. Líquido incoloro de olor acre. Punto de ebullición: 139°C Punto de fusión: -73°C Solubilidad en agua: Reacciona. Exposición: Inhalación. Aire limpio, reposo, asistencia médica. Piel. Quitar las ropas contaminadas, aclarar con agua abundante o ducharse. Ojos. Enjuagar con agua abundante durante varios minutos. Ingestión. Enjuagar la boca, no provocar el vómito,
Acetato de Sodio. Cristales blancos o polvo Con olor ligero a ácido acético. Punto de ebullición: No aplicable. Punto de fusión: Pierde agua a 120°C. Se descompone a 324°C Solubilidad: 76 g/100 ml. de agua. Ligeramente soluble en alcohol, soluble en éter. Exposición: Inhalación: Remuévalo al aire fresco. Ingestión: Beber varios vasos de agua para diluir. Piel: Lave con agua en abundancia por un mínimo de 15 minutos. Ojos: Lave los ojos con agua por un mínimo de 15 minutos.
Piridina. Líquido higroscópico, incoloro. Olor: Característico. Solubilidad en agua: Miscible. Punto de ebullición: 115°C Punto de fusión: -42°C Peso molecular: 79.1 Exposición: Piel. Aclarar la piel con agua abundante, quitar las ropas contaminadas. Ojos. Enjuagar con agua abundante durante varios minutos. Inhalación: Aire limpio, reposo. Ingestión: Enjuagar la boca, no provocar el vómito, dar a beber agua abundante.
Ácido Sulfúrico. Líquido higroscópico incoloro, aceitoso e inodoro. Punto de ebullición: 340°C Punto de fusión: 10°C Densidad relativa: 1.8 Solubilidad en agua: miscible. Exposición. Inhalación. Trasladar la persona al aire libre. Contacto con la piel. Lavar abundantemente con agua, extraer el producto con un algodón impregnado en polietilenglicol 400. Ojos. Lavar con agua abundante. Ingestión. Beber agua abundante. Evitar el vómito.
Metodología.
Clasificación de residuos generados.
CÓDIGO
CARACTERÍSTICAS DE LA
COMPUESTO
SUSTANCIA Disolventes orgánicos y soluciones de sustancias orgánicas que no contienen halógenos
A
Ácido acético y residuos de la filtración.
Reacción general. O
OH
O O
O
O
OH
Catalizador H3C
OH
O
O
CH3
CH3
H3C
OH
O
Ácido salicílico
Anhídrido Acético
Ácido Aceltisalicílico
Ácido Acético.
Mecanismo de reacción. Usando Ácido Sulfúrico. O
O
C
O
C
H
O
O
H
O
H
O
O
H
C
O
C
O O
O
O O
O
OH C
O O
CH3
O
H
C
H3C
-H H3C
OH
O
H
C
CH3
O
O
Usando Piridina.
O COOH
CH 3
H 3C
CH 3
O O
O
OH O
N O
CH3
CH3 N
O
H
COOH CH 3COOH
CHOO N
H
O
CH 3
N O
O
Usando Acetato de Sodio. COOH
COOH
O
O O
Na
CH3COOH O
C
CH3
O
O
Estequiometría. Número de moles de cada reactivo:
1 g de ácido salicílico:
2 ml de anhídrido acético:
Obtenemos que el reactivo limitante es el ácido acético, porque son menos moles
) ( ) ( Se obtendrán teóricamente 1.3043 g de ácido acetilsalicílico en cada tubo de ensayo, por lo que en total:
Se obtendrán 3.9129 g de ácido acetilsalicílico en por los 3 tubos de ensayo.
Cuestionario. 1. Escriba la reacción general de obtención de la aspirina y desarrolle el mecanismo de reacción llevado a cabo. Reacción General. O
OH
O O
O
O
OH
Catalizador H3C
OH
O
O
CH3
CH3
H3C
OH
O
Anhídrido Acético
Ácido salicílico
Ácido Aceltisalicílico
Ácido Acético.
Los mecanismos de reacción con diferente catalizador se muestran en el apartado “Mecanismo de Reacción”
2. Determine el rendimiento de la reacción llevada a cabo en cada uno de los diferentes tubos. Ácido Sulfúrico.
) ( Piridina.
) ( Acetato de Sodio.
) (
3. ¿Cuáles fueron las condiciones de reacción óptimas para la obtención de la aspirina? El catalizador más efectivo es el ácido sulfúrico, que de hecho representa el utilizado en las síntesis comerciales, luego es la piridina, por ser una base más fuerte que el acetato de sodio, extrajo con mayor efectividad el hidrógeno del anillo fenólico, para formar el fenóxido respectivo, o bien el ion salicilato, y así aumentar la velocidad de reacción. Evitar todo contacto con agua, ya que el anhídrido acético se puede hidrolizar y formar ácido acético sin formar el ácido acetilsalicílico posteriormente.
4. Investigue la reacción que se lleva a cabo entre la aspirina y la ciclo oxígenasa logrando así inhibir la producción de prostaglandinas. La acción de la aspirina produce una acetilación (es decir, añade un grupo acetilo) en un residuo de serina del sitio activo de la ciclooxigenasa. 5. ¿Qué son las prostaglandinas, y cuáles son sus principales funciones biológicas en el organismo humano? Los mecanismos biológicos para la producción de la inflamación, dolor o fiebre son muy similares. En ellos intervienen una serie de sustancias que tienen un final común. En la zona de la lesión se generan unas sustancias conocidas con el nombre de prostaglandinas. Se las podría llamar también "mensajeros del dolor". Estas sustancias informan al sistema nervioso central de la agresión y se ponen en marcha los mecanismos biológicos de la inflamación, el dolor o la fiebre. La capacidad de la aspirina de suprimir la producción de prostaglandinas y tromboxanos se debe a la inactivación irreversible de la ciclooxigenasa (COX), enzima necesaria para la síntesis de esas moléculas pro inflamatorias. La acción de la aspirina produce una acetilación (es decir, añade un grupo acetilo) en un residuo de serina del sitio activo de la COX.
6. ¿Cómo se obtiene el ácido acetil salicílico a nivel industrial? La síntesis industrial de la aspirina utiliza fenóxido sódico que se caliente a presión con CO2. La acidificación del producto resultante forma el ácido salicílico que se acetila con anhídrido acético.
7. ¿En qué frasco se deberán depositar cada uno de los residuos generados y por qué?
CARACTERÍSTICAS DE LA
CÓDIGO
SUSTANCIA Disolventes orgánicos y soluciones de sustancias orgánicas que no contienen halógenos
A
COMPUESTO
Ácido acético.
Bibliografia.
McMurry John, “Química orgánica”, Grupo Editorial Iberoamericana, 3a
edición, México 1994.
Lehman, John W., “Operational organic chemistry a laboratory course”, edit.
Allyn and Bacon, Inc., Boston, 1981.
http://www.upo.es/depa/webdex/quimfis/docencia/quimbiotec/FQpracti ca10.pdf
http://www.doschivos.com/trabajos/quimica/648.htm
Resultados. Distribuimos por partes iguales los 3 g de ácido salicílico en 3 tubos de ensayo, añadimos a cada tubo 2 mL de anhídrido
acético.
Agregamos
los
3
diferentes
catalizadores a cada tubo y registramos el tiempo de reacción que tardó en aumentar 4°C. Calentamos los tres tubos en baño María durante 5 a 10 minutos, hasta que se disolvió todo el sólido y se completó la reacción.
Después, por separado, vertimos la solución de cada tubo en un matraz Erlenmeyer que contenía 17mL de agua destilada, agitamos para acelerar la hidrólisis y luego enfriamos en un baño de hielo.
Después y por separado, filtramos a vacío para obtener nuestro producto sólido y determinar el rendimiento de reacción dependiendo del catalizador.
Análisis de Resultados. Al determinar el tiempo de reacción que tardó en aumentar 4°C la temperatura al añadir el catalizador (Piridina, Acetato de Sodio, Ácido Sulfúrico) a su respectivo tubo que contenía el ácido salicílico y el anhídrido acético, obtuvimos los siguientes resultados.
Catalizador.
Tiempo de reacción en aumentar 4°C
Acetato de Sodio.
Más de 60s
Piridina.
24 s
cido Sulfúrico.
4s
Con el ácido sulfúrico la reacción se dio a mayor velocidad que con piridina, y con la última se dio más rápido que con el acetato de sodio. El rendimiento de reacción de acuerdo a su catalizador fue el siguiente:
Ácido Sulfúrico.
) ( Piridina.
) ( Acetato de Sodio.
) ( Los resultados obtenidos y analizando la velocidad de reacción, afirmamos que el mejor catalizador en esta práctica fue el Ácido Sulfúrico.
Contraste de Hipótesis. Nuestra hipótesis resultó verdadera, ya que el tiempo que tardó el elevar 4°C la mezcla de reacción fue más rápido con ácido sulfúrico, seguida de piridina y al final con acetato de Sodio, el cual tardó más de un minuto en elevar la temperatura de reacción
Conclusión. De acuerdo con los datos experimentales, el catalizador más efectivo fue el ácido sulfúrico, que de hecho representa el utilizado en las síntesis comerciales, luego fue la piridina, que según se espera, por ser una base más fuerte que el acetato de sodio, extrajo con mayor efectividad el hidrógeno del anillo fenólico, para formar el fenóxido respectivo, o bien el ión salicilato, de manera que la reacción siguiente con el anhídrido acético se dio a mayor velocidad y en consecuencia nuestro producto y la realización de la practica fue satisfactorio.
Purificación del Ácido Acetilsalicílico. a) Colocar el sólido crudo a un vaso de precipitados de 150 ml y adicionar lentamente 25 ml de una solución saturada de bicarbonato de sodio. Agitar hasta que la reacción se detenga. b) Lavar el vaso de precipitados y el embudo con 5 -10 ml de agua. c) Preparar una solución de 3,5 ml de ácido clorhídrico concentrado y 10 ml de agua. Añadir con precaución al vaso de precipitados de 150 ml, una pequeña cantidad a la vez, con agitación constante. d) Colocar la mezcla en un baño de agua fría con hielo, filtrar los cristales y lavarlos con agua fría desionizada. Presione los cristales sobre el filtro con un corcho, para remover toda el agua remanente. e) Transferir los cristales a un vidrio de reloj y permitir que se sequen en un horno o por la noche sobre el escritorio.
Bibliografía.
L.G. Wade Jr. “Química Orgánica”. Ed. Pearson. 5ta Edición. Madrid. 2004.
Chang, Raymond. “Química General”. Mc Graw Hill. 9° Edición. 2002.
Durts H.D. et al. “Química Orgánica Experimental”. Ed. Reverté. 1°Edición. España. 2007
