Química
Síntesis de un ester comercial
Universidad de la serena
Facultad de ciencias
Departamento de Química
Síntesis de un Ester Comercial:
“La Aspirina.”
Contenido Páginas
Historia de la Aspirina……………………………………. 1
Introducción…………………………………………….. 2
Reacciones involucradas en la Síntesis de la Aspirina………. 3
Síntesis de un Ester comercial: La Aspirina……………….. 4
Fundamento de la reacción……………………………… 5
Mecanismo de la Reacción……………………………… 6
Características de los reactivos participantes……………… 7
Cálculos y Resultados………………………………….. 11
Conclusión y Discusión………………………………..... 14
Bibliografía…………………………………………. 15
Historia de la Aspirina
La Aspirina es un analgésico eficaz contra el dolor de cabeza, es también un agente antiinflamatorio que proporciona alivio a la inflamación asociada a la artritis y heridas menores. También es un compuesto antipirético, ya que reduce la fiebre
El uso de la aspirina o ácido acetilsalicílico se remonta a finales del siglo XIX. Desde antes de Hipócrates, 400 a.C., se sabe que la fiebre disminuye masticando la corteza de un sauce.
En 1827 se encontró que el agente activo en dicha corteza es un compuesto aromático llamado SALICINA, el cual puede convertirse en el alcohol salicílico haciéndolo reaccionar con agua (hidrólisis); luego, al oxidarlo, el resultado es ácido salicílico. Este ácido resultó más efectivo que la salicina en el tratamiento de las fiebres; además, posee propiedades antiinflamatorias y analgésicas.
Sin embargo, a pesar de ser un medicamento muy utilizado presenta algunos inconvenientes, tales como:
a) Producen irritación de la mucosa gástrica, por lo que esta contraindicado en pacientes con ulceras, además puede causar sangrado del estómago y reacciones alérgicas a quienes la consumen por tiempo prolongado.
b) Disminuye la capacidad de coagulación de la sangre.
c) Su toxicidad es tal que sólo unos 15 gr. pueden ser fatales para un niño pequeño
d) Aún más seria es una condición, llamada “Síndrome de Reye”, reacción potencialmente fatal que se observa algunas veces en los niños que se recuperan de la gripe.
INTRODUCCION
El Ácido Acetilsalicílico se sintetiza a partir de Acido Salicílico y Anhídrido Acético, según la reacción que analizaremos más adelante. Una vez sintetizado el ácido acetilsalicílico es necesario cristalizarlo para eliminar las impurezas que contiene. Este proceso debe realizarse una o más veces hasta lograr el producto puro deseado.
El ácido acetilsalicílico se comercializa con el nombre de la ASPIRINA por la casa Bayer, siendo uno de los medicamentos más consumidos en el mundo.
Para la síntesis de aspirina se utilizan dos reactivos de gran importancia: el Anhídrido Acético, que se obtiene a partir de la reacción de cetena ( C2H2O) con Ácido Acético (C4H6O3) y el Ácido Salicílico que se obtiene al hacer reaccionar Fenóxido Sódico
(C6H55ONa) con Dióxido de Carbono (CO2) a 125 ºC y a 100 atm, para dar Salicilato Sódico (C7HO3Na) que en medio ácido da como producto Ácido Salicilico (C7H6O3).
El Ácido Salicílico se prepara mediante la síntesis de Kolbe- Schmitt, en la cual los fenoles o sus sales sódicas sufren una orto carboxilación altamente regioselectiva con dióxido de carbono, alta temperatura y presión. Luego la reacción es llevada a medio ácido.
El Ácido Acetilsalicílico se prepara por acetilación del grupo hidroxilofenólico del ácido Salicílico
El ácido acetilsalicílico puede estar parcialmente hidrolizado; esto se puede identificar fácilmente por el olor a acido acético, que además podemos reconocerlo haciendo un ensayo con FeCl3 (cloruro de hierro), observando así la aparición de una coloración violeta. Esta reacción es utilizada en laboratorio para la identificación del ión acetato.
Reacciones involucradas en la síntesis de la Aspirina
1. Reacción General de la síntesis del Ácido Acetilsalicílico:
2. Reacción de formación del Ácido Salicílico:
3. Reacción de formación del Anhídrido Acético:
SÍNTESIS DE UN ÉSTER COMERCIAL.: LA ASPIRINA
PROCEDIMIENTO:
Coloque 5.0 g de ácido salicílico (Nota 1) en un matraz Erlenmeyer de 125 mL, cubra los cristales con 5.0 mL de anhídrido acético (Nota 2), (d=1.08). Agregue 5 a 10 gotas de ácido sulfúrico concentrado (Nota 3) a la mezcla, caliente el matraz en un baño de agua hirviendo durante 5 minutos. Saque el matraz y agregue 20 a 30 mL de agua destilada enfriada con hielo (Nota 4). Enfríe la solución hasta completa cristalización.
Luego de separar los cristales mediante filtración, recristalice la aspirina por disolución de los cristales en 20 mL de alcohol etílico (Nota 5) en un vaso de 200 mL, calentando en un baño de agua. Luego agregue 50 mL de agua tibia (Nota 6) a la solución. Si algún sólido se forma en este punto continúe calentando hasta su completa disolución. Filtre en caliente y reciba el filtrado en un vaso, cúbralo con un vidrio de reloj y permita que se enfríe lentamente.
Continúe enfriando en un baño de hielo evitando que congele la solución. Hermosos cristales semejantes a agujas deben obtenerse. Recobre los cristales por filtración, séquelos y péselos.
Nota 1: A partir de la acetilación de este reactivo se sintetiza la Aspirina.
Nota 2: El Anhídrido Acético es el mejor grupo acetilante, este reactivo se puede reemplazar por haluros de ácidos, sin embargo la reacción producida es más lenta, es por esta razón que utilizamos el reactivo mencionado.
Nota 3: El ácido sulfúrico sirve en este caso tanto de catalizador como de sustancia higroscópica, ya que absorbe el agua formada en la reacción, generando además los H+ necesarios para llevar acabo la reacción
Nota 4: Utilizamos el agua destilada enfriada con hielo para descomponer cualquier exceso de anhídrido acético que haya quedado.
Nota 5: El alcohol etílico lo utilizamos como solvente para la recristalizacion de la aspirina. Si bien la aspirina es muy soluble en agua no la utilizamos en esta experiencia debido a que el agua hidroliza a los ésteres.
Nota 6: Utilizamos el agua tibia, debido a que el método de recristalización usado fue el por cambio de temperatura, ya que la solubilidad de la aspirina aumenta conforme aumenta la temperatura.
Este proceso fue realizado para purificar el compuesto obtenido.
Fundamento de la Reacción
Dada la importancia de los ésteres se han desarrollado muchos procesos para obtener ésteres. El más común es el calentamiento de una mezcla del alcohol y del ácido correspondiente con ácido sulfúrico, utilizando el reactivo más económico en exceso para aumentar el rendimiento (esterificación de Fischer).
El ácido sulfúrico sirve en este caso tanto de catalizador como de sustancia higroscópica que absorbe el agua formada en la reacción. A veces es sustituido por ácido fosfórico concentrado.
En la práctica este procedimiento tiene varios inconvenientes. El alcohol puede sufrir reacciones de eliminación formando olefinas, esterificación con el propio ácido sulfúrico o de formación del éter , y el ácido orgánico puede sufrir decarboxilación. Además se requieren temperaturas elevadas y tiempos de reacción largos.
Por esto a menudo se utilizan derivados del ácido más activos. En la síntesis del ácido acetilsalicílico por ejemplo (el éster entre en el grupo hidroxi del ácido salicílico y del ácido acético) se parte del anhídrido acético y del ácido salicílico que actúa como alcohol. En vez de agua se libera una molécula de ácido acético que puede ser separada fácilmente del producto:
La reacción de la esterificación pasa por un ataque nucleofílico del oxígeno de una molécula del alcohol al carbono del grupo carboxílico. El protón migra al grupo hidroxi del ácido que luego es eliminado como agua. El rol del catalizador es el de aumentar la actividad carbonílica (la carga parcial positiva sobre el átomo de carbono) por protonación de uno de los oxígenos del ácido. Lo mismo se puede conseguir utilizando derivados más activos del ácido como los haluros o los anhídridos.
Mecanismo de la Reacción
Características de los reactivos participantes.
Tabla Nº 1: Tabla de datos de propiedades físicas de los reactivos y productos utilizados en la síntesis de aspirina (extraído Hand Book, 1973)
Reactivos o productos | PM | Pf (ºC) | Peb (ºC) | D | Solubilidad | ||
Agua | Alcohol | Éter | |||||
Anhídrido Acético | 102.09 | - 73 | 140.0 | 1.08 | ∞ | ∞ | ∞ |
Ácido Salicílico | 258.23 | 148-9 | 125 | 4525 | 2825 | ||
Ácido Sulfúrico | 98.08 | 10.3 | 330 | 1.831820 | m.s | ---- | ---- |
Aspirina | 180.16 | 135-6 | 137 | m.s, dl | 520 |
Significado:
-
∞ : soluble en todas las proporciones
-
m.s : muy soluble
-
d.l : débilmente soluble
Anhídrido Acético
Tabla Nº 2: Efectos producidos por el Anhídrido Acético.
Anhídrido Acético | |
Por exposición aguda | a) Ingestión accidental: Quemaduras en la boca, nauseas , vómito, daño a tracto digestivo. |
b) Inhalación: Irritación del tracto respiratorio, bronquitis, edema pulmonar. | |
c) Piel (Contacto y absorción): Quemaduras, inflamación, daño del tejido. | |
d) Ojos: Quemaduras, conjuntivitis, visión borrosa, destrucción de córnea. |
ESTADO FISICO; ASPECTO PELIGROS QUIMICOS La sustancia se puede absorber por inhalación del vapor. RIESGO DE INHALACION | |||||
Punto de ebullición: 139°C Punto de inflamación: 49°C |
Acido Salicílico
Tabla Nº 3: Efectos producidos por el Acido Salicílico.
Acido Salicílico | |
Por exposición aguda | a) Ingestión accidental: Náusea, vómitos, zumbido en los oídos. |
b) Inhalación: Tos, dolor de garganta | |
c) Piel (Contacto y absorción): PUEDE ABSORBERSE! Enrojecimiento, dolor. | |
d) Ojos: Dolor, enrojecimiento, visión borrosa. |
ESTADO FISICO; ASPECTO VIAS DE EXPOSICION | |||||
Punto de fusión: 159°C Punto de inflamación: 157°C |
Ácido Sulfúrico
Tabla Nº 4: Efectos producidos por el Acido Sulfúrico.
Acido Sulfúrico | |
Por exposición aguda | a) Ingestión accidental: Corrosivo. Dolor abdominal, sensación de quemazón, vómitos, colapso. |
b) Inhalación: Corrosivo. Sensación de quemazón, tos, dificultad respiratoria, dolor de garganta | |
c) Piel (Contacto y absorción): Corrosivo. Dolor, enrojecimiento, quemaduras cutáneas graves. | |
d) Ojos: Corrosivo. Dolor, enrojecimiento, quemaduras profundas graves. |
ESTADO FISICO; ASPECTO RIESGO DE INHALACION | |||||
Punto de ebullición (se descompone): 340°C Solubilidad en agua: Miscible |
Aspirina
Tabla Nº 5: Efectos producidos por La Aspirina.
Acido Acetil Salicilico | |
Por exposición aguda | a) Ingestión accidental: No tiene riesgos |
b) Inhalación: Tos, pesadez | |
c) Piel (Contacto y absorción): Enrojecimiento. | |
d) Ojos: Enrojecimiento. |
ESTADO FISICO; ASPECTO
RIESGO DE INHALACION | ||||
Punto de fusión: 135°C Solubilidad en agua: escasa: 0.25 g/100 ml a 15°C. |
Cálculos y Resultados
Según la siguiente reacción calculamos los gramos teóricos necesarios para obtener el porcentaje de rendimiento de la síntesis de la aspirina.
PM: 138 g/mol PM: 102 g/mol PM: 180 g/mol
-
Moles de los reactantes:
Mol de Ac. Salicílico = 5g = 0,036 moles de ac. Salicílico.
138 g/mol
g de Anhídrido acético = 1,08 g/mL x 5 mL = 5,4 g de Anhídrido acético.
Mol de Anhídrido acético = 5,4 g = 0,0529 moles de Anhídrido acético.
102 g/mol
-
Calculo del reactivo limitante:
1 mol de Ac. Salicílico 1 mol de Ac. O- acetilsalicílico.
0,036 moles X mol
X mol = 0.036 moles de Ac. O- acetilsalicílico.
1 mol de Anhídrido acético 1mol de Ac. Acetilsalicílico.
0,0529 moles X mol
X mol = 0,0529 moles de Ac. Acetilsalicílico.
-
Por lo tanto el reactivo limitante es el Ac. Salicílico
Gramos teóricos = 0.036 moles x 180 g/mol
= 6,48 gramos Ac. Acetilsalicílico
-
Cálculo del % Rendimiento:
Gramos obtenidos de ácido acetilsalicílico | Gramos de ácido acetilsalicílico teóricos |
4.3 | 6.48 |
% rendimiento = 4.3 g obtenidos. x 100 = 66,40 %
6,48 g teóricos
-
Constante física experimental de la Aspirina: El punto de fusión experimental del ácido acetilsalicílico fue de: 137 º C
CONCLUSION Y DISCUSION
De la síntesis de la aspirina se puede concluir lo siguiente:
El punto de fusión determinado en la aspirina sintetizada fue de 137 ºC, el cual comparado con el punto de fusión teórico registrado en las tablas, 135-136 ºC, nos da la certeza de que los cristales obtenidos poseen una pureza alta ya que nuestro punto es cercano al punto de fusión teórico. De esto podemos concluir que nuestro trabajo realizado en laboratorio fue óptimo.
Los gramos de Ácido Acetilsalicílico obtenidos fueron 4.3 g los que nos da un porcentaje de rendimiento de un 66.40%. La diferencia entre los gramos teórico y los obtenidos, puede deberse a perdida de producto en los procesos de filtración y recristalización, ambos realizados para eliminar las impurezas presentes en la aspirina sintetizada.
BIBLIOGRAFIA
-
Carey Francis, “Química Orgánica”, 1ª edición ,pág. 729-879- 887-888, McGraw-Hill/ Interamericana de España S.A.U, Madrid (1999).
-
“Hand Book of Chemistry”, eleventh edición, sección 4-6-7-10, McGraw-Hill Book Company, Estados Unidos (1973).
-
McMurry Jhon, “Química orgánica”, 5ª edición, pág. 853-855, editorial Internacional Thomson Editores.
-
http://www.mtas.es/insht/ipcsnspn/nspn0000.htm
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Ácido Salicílico
Anhídrido Acético
Ácido Acetilsalicílico
OH
COOH
O O
II II
CH3-C-O-C-CH3
H2SO4
O
II
OCCH3
CO2
O
II
C H3COH
CO2
125ºC, 100 atm
ONa
OH
CO2Na
H+
OH
CO2H
Fenóxido Sódico
Salicilato Sódico
Acido Salicílico
CH2=C=O
O
II
CH3C-OH
O O
II II
CH3C-O-CCH3
Cetena
Acido Acético
Anhídrido Acético
OH
COOH
O O
II II
CH3-C-O-C-CH3
H+ HSO4-
OH
COOH
O OH+
II II
CH3-C- O - C-CH3
▲
O OH
II I
CH3-C-O-C-CH3
I
H—O+
I
COOH
O OH
II I
CH3-C-O-C-CH3
I
H—O+
I
COOH
O OH
II I
CH3-C-O+H-C-CH3
I
O
I
COOH
O
II
CH3-C-OH
O
II
CH3-C
I
COOH
Ácido Salicílico
Anhídrido Acético
Ácido Acetilsalicílico
OH
COOH
O O
II II
CH3-C-O-C-CH3
H2SO4
O
II
OCCH3
CO2
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