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• Loly Quezada

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE HONDURAS FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIAL

LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA II LQ-323 Sección: jueves 3-5pm

Reporte de práctica 4:“SINTESIS DE ACIDO ACETILSALICILICO” Ing: Oscar Vladimir Ortiz Instructora: Joshira Zaldivar Grupo 1

Integrantes

Nº de Cuenta

Ruth Lizzeth Cáceres Nolasco Osmán Adalberto Muñoz Sánchez Brenda Niccole Hawit Dolores Margarita Quezada Ana Sarahí Paguaga Silvia Paola Pacheco Erazo Melissa Nicole Zúniga

2012 100 2142 2010 100 4752 2012 100 4071 2011 190 0129 2010 101 0333 2013 100 7932 2011 230 0326

Entregado el jueves 19 de julio de 2018 Ciudad Universitaria, Tegucigalpa, M.D.C.

INTRODUCCIÓN El ácido acetilsalicílico se comercializa con el nombre de Aspirina por la casa Bayer, siendo uno de los medicamentos más consumidos en el mundo. Es un compuesto que presenta una actividad fisiológica de gran interés, de ahí su importancia como fármaco. Su preparación se realiza por medio de la acetilación del ácido salicílico mediante un proceso muy utilizado denominado transesterificación. Aunque se pueden obtener ésteres de ácido por interacción directa del ácido acético con un alcohol o fenol; se suele utilizar anhídrido acético como sustituto, ya que permite obtener esteres a una velocidad de reacción mucho mayor. A continuación; en el presente informe se presenta el desarrollo y procedimientos realizados para llevar a cabo esta síntesis.

OBJETIVO GENERAL:  Reproducir una reacción orgánica de interés industrial; como lo es la transesterificación, a nivel de laboratorio.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:  Realizar la síntesis de la Aspirina (Ácido Acetilsalicilico) utilizando como reactivos el Ácido Salicílico y el Anhidrido Acético, en medio acido; ésto como ejemplo de una reacción de sustitución en el grupo acilo.

 Utilizar la operación unitaria de Cristalización como método para obtener el producto final deseado libre de las impurezas generadas durante el proceso.

 Determinar la cantidad de Aspirina obtenida al final del proceso, y con ello el % de rendimiento alcanzado en la síntesis.

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MARCO TEORICO Los ésteres experimentan transesterificación, en la cual un grupo alcoxi se sustituye por otro, en condiciones ácidas o básicas. Cuando un éster de un alcohol se trata con un alcohol diferente en presencia de ácido o base, los dos grupos alcohol pueden intercambiarse. Resulta un equilibrio y el equilibrio puede conducir hacia el éster deseado usando un gran exceso del alcohol deseado o eliminando el otro alcohol. Reacción General:

La transesterificación es posiblemente el mejor y más sencillo ejemplo de los mecanismos de sustitución nucleofílica en el grupo acilo catalizada por un ácido o por una base, debido a que éste es un equilibrio reversible con mecanismos idénticos para las reacciones directa e inversa. La sustitución nucleofílica en el grupo acilo catalizada por ácido por lo general difiere de la reacción catalizada por base en dos maneras principales: 1. El grupo carbonilo debe protonarse para activarlo hacia el ataque por un nucleófilo débil. 2. En condiciones ácidas, los grupos salientes están por lo general protonados, después se eliminan como moléculas neutras. Para la producción del ácido acetilsalicílico específicamente el proceso consiste en la reacción de un grupo carboxilo (-COOH) y un grupo hidroxilo (-OH) para formar un grupo éster (–COOR). En este caso la fuente del grupo –OH es el fenol del ácido salicílico, y el grupo acetilo (-COCH3) proviene del anhídrido acético.

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La reacción requiere catálisis ácida:

El Anhídrido Acético se obtiene a partir de la reacción de cetena ( C2H2O) con Ácido Acético (C4H6O3) y el Ácido Salicílico se obtiene al hacer reaccionar Fenóxido Sódico ( C6H5ONa) 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);

ésta

preparación se denomina 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. Durante la acetilación se forma también una pequeña cantidad de producto polimerizado, debido a la presencia de un grupo carboxilo y de un grupo hidroxilo en la misma molécula. El producto hidrolizado se eliminará a lo largo del proceso de purificación y en la recristalización final del producto, en la cual el solvente tener las siguientes características: Debe de tener un punto de ebullición bajo tal que el secado de los cristales ocurra fácilmente sin necesidad de calentamiento. Pero si el solvente es demasiado volátil se debe de tener mucha precaución para evitar su evaporación a lo largo de la purificación. Tampoco debe permitirse la excesiva evaporación mientras las impurezas aún no hayan sido removidas. El solvente debe ser inerte, no debe reaccionar con el material que se está cristalizando.

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

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RESULTADOS Y DISCUSIÓN Reactivos Agua Acido salicílico Ácido sulfúrico Anhídrido acético

Cantidad 50 mL + 85 mL 3g 2 gotas 7 mL

Reacción de transesterificación En la disolución de ácido salicílico y anhídrido acético se adicionó ácido sulfúrico como un catalizador seguidamente se hace en reflujo para evitar que la disolución se evapore y así mismo ayuda a calentar la muestra por arriba de temperatura ambiente. Se colocó la muestra en baño de hielo para ayudar que este precipitara y obtener los cristales. Purificación del ácido acetilsalicílico Sustancia Papel filtro Muestra crudo con papel Muestra crudo sin papel Recuperación de ASA pura con papel Recuperación de ASA pura sin papel

3𝑔 𝑎𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑐𝑖𝑙𝑖𝑐𝑜 ×

peso 0.5 g 7.55 g 7.05 g 1.2 g 0.7 g

1 𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑐𝑖𝑙𝑖𝑐𝑜 1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑆𝐴 180.16 𝑔 × × 138.121 𝑔 1 𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑐𝑖𝑙𝑖𝑐𝑜 1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑆𝐴

= 3.9131 𝑔 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜𝑠

% 𝐴𝑆𝐴 𝑝𝑢𝑟𝑜𝑠 =

0.7 𝑔 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 × 100 = 17.889 % 3.9131 𝑔 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜𝑠

% 𝑎𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑐𝑖𝑙𝑖𝑐𝑜 =

7.05 𝑔 × 100 = 180.16 % 3.9131 𝑔

Se obtuvo un rendimiento bajo ya que los reactivos no están puros, así mismo al momento de medir y pesar los reactivos y además al hacer el filtrado; la muestra quedaba retenida lo que se traduce en pérdidas. Los 0.7 gramos de Ácido Acetilsalicílico obtenidos al final del proceso, y los 7.05 g de Ácido Salicílico pueden estar sujetos a error, ya que puede existir presencia de agua aportada en el proceso de recristalización de la aspirina y que no fue eliminada de manera completa en el secado. SINTESIS DE ACIDO ACETILSALICILICO

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OBSERVACIONES  Se deben realizar los procedimientos indicados en caliente (tanto la disolución como el material que se utilice) debido a que si la temperatura no sube lo suficiente no se logra la acetilación total.  El ácido salicílico es un ácido débil (no se disocia totalmente en una disolución acuosa) por lo que el ácido sulfúrico actúa acelerando la reacción al protonar al carbonilo del anhídrido acético para activarlo ante un ataque de un ácido débil que no es un buen nucleófilo.  Para determinar el nivel de éxito en la pureza lograda a través del proceso de cristalización de una manera más completa; además del cálculo de % de rendimiento; el sólido recuperado podría someterse a pruebas de propiedades físicas como punto de fusión e índice de refracción; si para punto de fusión los resultados revelan un ámbito grande y además alejado del valor reportados en la literatura, entonces se podría decir que ese proceso de purificación no fue exitoso. De esa manera se tendrían más variables a comparar para dar una conclusión más acertada.

 Para el secado del material obtenido en cada proceso, lo más adecuado debería ser el secado en un horno, así es posible asegurarse de eliminar completamente el solvente (agua) y que esta masa adicional no afecte en el cálculo del rendimiento.

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CONCLUSIONES  Se realizó con éxito la síntesis de la Aspirina (Ácido Acetilsalicilico), obteniendo después de la reacción de esterificación y cristalización; el crudo, y luego del proceso de purificación y recristalización; los cristales de ASA puros y con menor tamaño, a manera de un polvo fino.  Mediante la cristalización se eliminaron algunas impurezas del ASA; de las cuales la impureza con mayor porcentaje puede ser propio ácido salicílico (reactivo) que provendrá de una acetilación incompleta o de la hidrólisis del producto durante su aislamiento, también podría contener algo de ácido sin reaccionar, y normalmente en esta reacción se tiene también la presencia de fenoles; como uno de los productos secundarios.

 La cantidad de Aspirina obtenida pura fue de 0.7 g y el % de rendimiento alcanzado en la síntesis fue de 17.889 %. La estequiometría del proceso es mol a mol, por lo cual teóricamente por cada mol de ácido salicílico (138 gramos) deberían obtenerse 138 gramos de ácido acetil-salicílico pero dadas las perdidas (derrames, impurezas, volatilización, etc.) la cantidad que se obtiene es menor que la prevista.

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INVESTIGACIONES 1. Describa otro método para obtener aspirina, a partir de fenol y explique la diferencia con el método que se ha usado en esta práctica. Otro método para obtener aspirina es a partir de dióxido de carbono y fenóxido de sodio por sustitución electrofílica y posterior liberación del ácido de su sal mediante adición de un ácido fuerte; se trata de la conocida síntesis de Kolbe-Schmitt. Es una reacción química caracterizada por una carboxilación que ocurre cuando se calienta el fenolato sódico —la sal de sodio del fenol— junto con hidróxido de sodio y dióxido de carbono bajo 100 atmósferas de presión y 125°C, para luego tratar el producto con ácido sulfúrico. El producto resultante es un ácido hidróxido aromático conocido como ácido salicílico, uno de los precursores de la aspirina. Esta reacción procede por una adición nucleofílica de un grupo fenolato al dióxido de carbono para producir el salicilato. El último paso es la reacción del salicilato con el ácido para formar el ácido salicílico deseado.

A diferencia con el método que se ha usado en esta práctica, la síntesis de Kolbe-Schmitt requiere altas temperaturas y presiones y lo que se genera es unos de los precursores del ácido acetilsalicílico.

2. ¿Cuáles son las aplicaciones del producto obtenido, hable un poco de la actividad biológica del mismo como API (Active Pharmaceutical Ingredient) e investigue como la industria lo produce, relacione el proceso de laboratorio y el de escala industrial? Algunas de sus aplicaciones son:  Analgésico: se toma para dolores de cabeza (el 14% de su uso), dolores de muelas, óseos, musculares y de oídos.  Antiagregante plaquetario: se usa en un 37 % de las ocasiones para prevenir accidentes cardiovasculares, que son la causa principal de muerte e invalidez en Occidente.  Antiinflamatorio: Es un fármaco especialmente indicado para tratar la artritis reumatoidea, la artrosis y la fiebre reumática.  Antipirético: la aspirina también sirve para disminuir la fiebre.  Antirreumático: Se usa para dolencias con dolor e inflamación, como la artritis reumatoide, lupus erimatoso, artropatías soriásicas, osteoartropatías inflamatorias, etc. SINTESIS DE ACIDO ACETILSALICILICO

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 Cáncer: reduce el riesgo de cáncer de colon y recto en el 40% de los casos si se toma 2 veces por semana.  Alzhéimer: la Aspirina tiene un efecto neuroprotector sobre las células del cerebro, evitando la muerte del 83% de las neuronas, lo que reduce el riesgo de sufrir Alzhéimer.  Sida:, el uso de Aspirina puede contribuir a mejorar funciones inmunitarias y quizás a ralentizar la replicación del VIH, reduciendo los niveles de ciertos mensajeros químicos que son los que desencadenan el crecimiento del virus. Producción de Aspirina Para fabricar una tonelada de aspirina son necesarios 770 Kg de ácido salicílico y 590 Kg de anhídrido acético (para que la operación sea rentable, deben recuperarse el ácido acético y el exceso empleado de anhídrido acético). El rendimiento de reacción es del 90%, obteniéndose como subproducto 340 Kg de acético. El modo de operación sigue siendo principalmente discontinuo. El ácido salicílico y el anhídrido acético se alimentan a un reactor de acero inoxidable. La temperatura debe mantenerse a menos de 90 Celsius, con buen control de temperatura a lo largo del ciclo. Tras dos o tres horas, la masa de reacción se bombea a un filtro, y de allí a un cristalizados, donde se mantiene a 0 celsius. Los cristales obtenidos se centrifugan, lavan y secan. En el laboratorio: Se utiliza un matraz Erlenmeyer adaptada con una varilla de reflujo para realizar la técnica de reflujo y solo se calienta por 15 minutos en baño maria. La temperatura se mantiene ente 70 y80 grados Celsius y la recristalización se realiza con agua destilada fría y calienta mediante filtración obtenemos solo los cristales.

3. Determine cuántos productos se han formado y si es posible que se formen otros (Explique con el mecanismo de reacción)

El ácido salicílico es tratado con anhídrido acético, un compuesto derivado de un ácido, lo que hace que el grupo alcohol del salicilato se convierta en un grupo acetilo (salicilato-OH → salicilato-OCOCH3). Este proceso produce aspirina y ácido acético, el cual se considera un subproducto de la reacción. La producción de ácido acético es la razón por la que la aspirina con frecuencia huele como a vinagre. Como catalizador casi siempre se usan pequeñas cantidades de ácido sulfúrico y ocasionalmente ácido fosfórico.

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Mecanismo PASO 1: El anhídrido acético es protonado debido a que el catalizador ácido sulfúrico cederá un protón

PASO 2: El hidroxilo del ácido salicílico actúa como nucleofilico atacando por la parte posterior de la molécula, luego se hará un reordenamiento molecular lo cual dará como resultado el desprendimiento de ácido acético.

PASO 3: A la solución se le agregara agua para la desprotonación y la formación del ácido acetil salicílico lo cual quedara libre el ion hidronio que restablecerá al catalizador ácido sulfúrico

4. ¿Qué prueba se puede utilizar para evidenciar que se obtuvo Ácido acetilsalicílico, y si fuera jefe de control de calidad en Bayer investigue un método espectrofotométrico para medir pureza del API y método cromatográfico usual en el control de fármacos? Un método consiste en resolver ecuaciones simultáneas basadas en la medida de absorbancia a dos longitudes de onda, 265 y 257nm y una longitud de onda máxima para la aspirina. Utilizando un espectrofotómetro UV-vis con una banda ancha espectral de 0.1nm y longitud con una exactitud de más o menos 0.5 nm con corrección automática de longitud de onda. SINTESIS DE ACIDO ACETILSALICILICO

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Método Cromatografico: cromatografía de capa fina. Test de cloruro de hierro (III): Se disuelven unos 10 mg de compuesto en unos 5 mL de etanol y se añaden 1 o 2 gotas de una disolución acuosa de cloruro de hierro (III) 0.1 M. Una coloración violeta intensa de la disolución indica la presencia de ácido salicílico.

5. ¿Por qué los cristales de ASA se deben de secar a una temperatura máxima de 80 °C, justifique con una referencia? Se debe secar a una temperatura máxima de 80°C porque la aspirina se derrite y se descompone a 100°C. El valor en la literatura para el ácido acetilsalicílico nos dice que “el punto de fusión que se debe obtener para una muestra seca y pura de aspirina (ácido acetilsalicílico) es de 135 – 136ºC” (Lamarque, A. 2008).

BIBLIOGRAFÍA  L.G. Wade, Jr. Química orgánica. Quinta edición. Pearson Educación. México. 2011.  Hermann Kolbe (1860). «Ueber Synthese der Salicylsäure» Annalen der Chemie und Ph armacie. Vol. 113. n. º1. pp. 125–127. DOI 10.1002/jlac.18601130120.  R. Schmitt (1885). «Beitrag zur Kenntniss der Kolbe'schen Salicylsäure Synthese» Jour nal für PraktischeChemie. Vol. 31. n. º 1. pp. 397 411. DOI 10.1002/prac.18850310130.  A. S. Lindsey and H. Jeskey (1957). «The Kolbe-Schmitt Reaction» Chem. Rev. Vol. 57. n. º 4. pp. 583–620. DOI10.1021/cr50016a001. Obtenido de "Reacci%C3%B3n de KolbeSchmitt" ; Categorías: Reacciones químicas orgánicas | Epónimos.  Lamarque, A. (2008). Fundamento teórico prácticos de Química Orgánica. Barcelona: Editorial Bujas.  López F, Rodríguez P. (2002). Laboratorio de Química Orgánica, Síntesis y purificación de la Aspirina (129-134). Mérida. Venezuela: Editorial de la Universidad de Los Andes.  Molina, P. (1991). Prácticas de Química Orgánica. Murcia, España: COMPOBELL.  Ocampo, R; Ríos, L; Betancur, L; Ocampo, D. (2008). Curso Práctico de Química Orgánica. Enfocado a Biología y Alimentos. Universidad de Caldas

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