Síntesis y purificación de la Aspirina bjetivo 1. Sintetizar y caracterizar la aspirina, un compuesto orgánico con excelente acción analgésica y antipirética. Introducción La aspirina es uno de los analgésicos (aliviador de dolores) más ampliamente usados a nivel mundial. Aunque éste ha sido usado por más de 200 años apenas estamos entendiendo su efecto sobre el cuerpo. Además de actuar como analgésico, la aspirina tiene un efecto antipirético (reductor de la fiebre) y una droga anti inflamatoria (reduce la hinchazón). El material original fue descubierto en el siglo XVIII que tenía estos efectos en el cuerpo humano fueron obtenidos a partir de la corteza del sauce (latínsalix). Este material obtenido era ácido salicílico el cual por su carácter altamente acídico (pka ~ 3) presentaba el problema de que las membranas mucosas de la boca y el esófago se veían afectadas, además de causar dolores gástricos. Para compensar estas propiedades acídicas, se recomendó que el ácido salicílico fuese administrado con sales de sodio, lo cual no resultó ser una solución completa al problema debido al sabor desagradable que producía. La solución resultó ser la modificación del ácido salicílico a ácido acetilsalicílico. En 1893, Felix Hofmann (de la compañía Bayer A.G. en Alemania), retomó las investigaciones del químico alemám Gerhardt, quien cuarenta años antes inició sus estudios acerca de la síntesis del ácido acetilsalicílico, pero que fueron, en su momento, ignoradas. Hofmann se preguntaba si el ácido salicílico acetilado (conocido actualmente como aspirina) reducía los efectos desagradables que se presentaban en la administración de este medicamento sin reducir la efectividad médica ya conocida. La respuesta fue acertada. Así, que fue este químico alemán quien le daría el nombre de aspirina al ácido acetilsalicílico, del cual actualmente se conocen sus aplicaciones. Cuando se interprete la estructura de los compuestos orgánicos dados en la página siguiente, note las siguientes características de estas moléculas. Los compuestos orgánicos son compuestos complejos de carbono, los cuales siempre forman cuatro enlaces con otros grupos o átomos. Cuando las estructuras de los compuestos 1
orgánicos se representen mediante contornos de figuras, por ejemplo un hexágono, cada punto de éstas representan un átomo de carbono y los enlaces con los hidrógenos no son mostrados. Si un doble enlace está presente y los carbonos están unidos en un anillo solo un hidrogeno hace falta para completar los cuatro enlaces. Si un triple enlace está presente entonces solamente otro átomo puede ser unido o enlazado. Chequeando las estructuras mostradas en la figura 1 se observa que cada átomo de carbono posee cuatro y sólo cuatro enlaces. El nitrógeno, por su parte, posee tres enlaces covalentes con tres átomos, en tanto que el oxígeno posee sólo dos grupos o átomos. H H H H (A) (B) Figura1. Representación de las moléculas ácido salicílico (A) y ácido acetilsalicílico (B) Las llamadas cadenas carbonadas o esqueletos carbónicos de estas moléculas pueden involucrar grupos metilos -CH 3, metilenos CH 2, y grupos metinos CH. Los grupos funcionales (grupos reactivos) encontrados en la estructura de los compuestos son diferentes y las diferentes especies están directamente relacionadas con la funcionalidad disponible de los materiales orgánicos, ellos son: los grupos aminos (- NH 2 ), alcoholes (-H), cetonas (R 2 =C), éteres (R--R), aldehídos (-CH=) y ácidos carboxílicos (-C 2 H), donde R es algún grupo no reactivo, tal como un grupo metilo (o hidrógeno). Los ácidos carboxílicos pueden dar paso a una serie de diferentes derivados (a partir de ácido original). Hay sales de ácidos carboxílicos RCH, RCNa, y ésteres de ácidos carboxílicos RC 2 R, y anhídridos RC 2 2 CR. Para entender las estructuras de estos compuestos, es útil recordar los nombres de cada grupo funcional. En este experimento, la aspirina será sintetizada mediante la reacción del ácido 2
salicílico (C 7 H 6 3 ) y el anhídrido acético (C 4 H 6 3 ) el cual es añadido en exceso, en presencia de ácido sulfúrico (H 2 S 4 ) como catalizador. Al calentar la mezcla se produce ácido acetilsalicílico (C 9 H 8 4 ) y ácido acético (C 2 H 4 2 ). H H H + H 3 C CH 3 H + H 3 C H Ácido Salicílico Anhídrido Acético Aspirina (Ácido Acetilsalicílico Ácido Acético Procedimiento Experimental Síntesis: 1. Pesar 2 (dos) gramos de ácido salicílico y colocarlos en una fiola de 125 ml. 2. 2. Dentro de la campana extractora de gases, adicionar cuidadosamente 5 ml de anhídrido acético, seguido de 5 gotas de ácido sulfúrico concentrado (CUIDAD). Agitar lentamente el frasco hasta que todo el ácido salicílico se disuelva. 3. 3. Calentar el frasco lentamente en un baño de María (T: 40-60ºC) por 10 minutos. 4. Enfriar el frasco a temperatura ambiente, permitiendo que el ácido acetilsalicílico cristalice. 5. Usualmente el material en el frasco cristaliza espontáneamente. Sin embargo, si esto no ocurre se recomienda: Raspar las paredes del frasco con una varilla de vidrio. Enfriar el frasco en un baño de agua hielo. Esta sugerencia no es muy ventajosa, puesto que junto con el producto deseado precipitan también impurezas. 6. Una vez formados los cristales, adicionar 50 ml de agua desionizada y enfriar en un baño de agua-hielo. Las impurezas deberían permanecer en el agua fría. 7. Filtrar los cristales obtenidos utilizando un embudo Hirsch mediante succión. 3
Enjuagar y dejar secar los cristales y luego pesar el producto crudo. 8. Determinar el punto de fusión del producto obtenido. Purificación: 1. Transferir 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 (ausencia de efervescencia). Filtrar la solución resultante para remover cualquier sólido. 2. Enjuagar el vaso de precipitados y el embudo con 5-10 ml de agua. 3. 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. 4. La aspirina debe precipitar fuera de la solución cuando ésta sea acidificada. Si no precipita, verifique con papel de ph para asegurar que la solución esta ácida. 5. 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. 6. Transferir los cristales a un vidrio de reloj y permitir que se sequen en un horno o por la noche sobre el escritorio. 7. Determinar el punto de fusión de los cristales puros. Cálculos 1. Comparar el punto de fusión del producto obtenido con el reportado para el ácido acetilsalicílico. 2. Determinar el rendimiento teórico para 2 gramos de ácido salicílico, asumiendo que el anhídrido acético está presente en exceso. 3. Determinar el rendimiento porcentual de su producto final recristalizado. Cuestionario 1. Qué materiales son removidos cuando se adiciona el bicarbonato de sodio?. Por qué este material podría causar problemas si no es removido?. 4
2. Por qué el rendimiento del producto puro recristalizado es más bajo sin recristalizar?. 3. Si el ácido salicílico estuviera presente en exceso y el anhídrido acético fuera el reactivo limitante, Cómo se vería afectado el rendimiento teórico?. 4. Cuáles son los grupos funcionales que componen al producto final (ácido acetilsalicílico)? 5. Suponga que el anhídrido acético es expuesto al aire por un tiempo significante. Cómo afectaría esto a los resultados finales? 5