pikkumäen prosessit: 2015

OPINPOLKU 5.

Aspiriinin valmistaminen ja analysointi

Tässä opinpolussa harjoiteltiin yksikköprosesseja esteröinti, liuotus, kiteytys ja suodatus.

Esteröinti on kemiallinen reaktio, jossa tuotteena muodostuu esteri. Tyypillisiä esteröintireaktioita ovat muun muassa Fischer-esteröinti, vaihtoesteröinti ja karboksyylihappojen alkylointi.

https://fi.wikipedia.org/wiki/Ester%C3%B6inti

Liuotus

Mitä on liukeneminen?

Liukeneminen voidaan jakaa kolmeen osaan. Aluksi liukenevan aineen osaset eroavat toisistaan ja jakautuvat liuokseen. Sitten liuottimen väliset voimat on voitettava, jotta liuenneen aineen osaset mahtuvat liuotinmolekyylien väliin. Lopuksi liuenneen aineen ja liuotinmolekyylien välille tulee vuorovaikutuksia.
Liukoisuus riippuu lämpötilasta. Yleensä kiinteän aineen liukoisuus kasvaa lämpötiaa nostettaessa. Kun taas kaasujen liukoisuus pienenee lämpötilan noustessa.

Kiteytys
Kiteyttämisellä tai kiteytyksellä (joskus myös kristallisoinnilla) tarkoitetaan jonkin aineen saattamista kiteiseen muotoon. Kiteisellä muodolla tarkoitetaan tässä yhteydessä usein vielä yksittäiskidettä, jossa kappaleen kaikki atomit tai molekyylit kuuluvat yhteen ainoaan kidehilaan. Kiteytetyn aineen rakennetta voidaan tutkia korkealla resoluutiolla (usein atomitasolla) kristallografian (erityisesti röntgenkristallografian) menetelmin.

Kiteyttämisellä saadaan epäpuhtaudet jäämään liuottimeen. Aine liuotetaan sopivaan liuottimeen tai niiden seokseen. Liuosta jäähdytetään, jolloin aineen liukoisuus pienenee ja voidaan myös lisätä pieni kide ainetta, jonka halutaan kiteytyvän. Sitten odotetaan. Liuoksessa alkaa vähän kerrassaan muodostua kiteitä, jotka lopuksi suodatetaan liuoksesta erilleen. Jos halutaan erittäin puhdasta ainetta, on kiteyttäminen tehtävä muutamia kertoja uudestaan.

Suodatusta käytetään kemiassa erottamaan liuoksesta epäpuhtauksia tai erottamaan aineet toisistaan.

Suodatus voidaan suorittaa käyttämällä Büchnersuppiloa. Büchner-suppiloon laitetaan sopiva suodatinpaperi, liuos suodatetaan sen läpi imussa.

Myös tavallinen suppilo soveltuu suodatukseen. Siihen voidaan laittaa suodatinpaperi, jonka läpi nesteen annetaan valua. Suodatinpaperin asemasta voidaan käyttää myös pumpulia.

Mikäli kiinteä aine ei liukene nesteeseen, muodostuu heterogeeninen seos, josta liukenematon aine voidaan erottaa suodattamalla.

Suodatuksessa hyödynnetään hiukkasten kokoeroja.

Työn tarkoituksena on valmistaa salisyylihaposta syntetisoimalla asetosalisyylihappoa eli aspiriinia. Asetosalisyylihapon valmistus on yksinkertainen reaktio, joka voidaan suorittaa pienessä mittakaavassa erlenmeyerpullossa. Kiteinen raakatuote eristetään suodattamalla imun avulla ja puhdistetaan kiteyttämällä.

Reaktio on seuraava:

salisyylihappo asetanhydridi asetosalisyylihappo etikkahappo

Salisyylihappo on fenolihappo, joka sisältää bentseenirenkaaseen kiinnittyneen karboksyyliryhmän ja fenoleille tunnusomaisen hydroksidiryhmän. Salisyylihappo esteröityy tässä reaktiossa asetanhydridin eli etaanihappoanhydridin avulla. Katalyyttinä käytetään rikkihappoa. Reaktio ei onnistu vesiliuoksessa, joten lähtöaineiden on oltava kuivia.

Tarvittavat välineet:

Erlenmeyerkolvi, 100 ml

Mittalasi, 100 ml

Dekantterilasi, 100 tai 250 ml

Lämpömittari

Vesihaude

Bühnersuppilo

Suodatinpaperia

Lasisauva

Sulamispisteen mittalaite

Koeputkia

pipettejä

Tarvittavat reagenssit:

Salisyylihappoa, C7H6O3 ; n. 5 g

Etikkahapon anhydridiä eli asetanhydridi, C4H6O3 ; 7 ml

Väkevä rikkihappo, H2SO4 (VARO!! SYÖVYTTÄVÄÄ!!)

Etanolia

NaOH-liuos 0,1 mol/L

HUOM! Tutustu aineiden käyttöturvatiedotteisiin.

Aspiriinin valmistaminen:

1.1. Reaktiovaihe

Punnitsimme 5,0167g salisyylihappoa, joka kaadettiin erlenmeyeriin, johon lisättiin vetokaapissa vielä 7ml asetanhydridia ja 3 tippaa väkevää rikkihappoa.
Sitten sekoiteltiin seosta lasisauvalla ja lämmiteltiin seosta 50-60 asteisessa vesihauteessa suunnilleen 15 minuuttia.

Salisyylihappo erlenmeyerissä, aseanhydridia ja rikkihappoa.
Näitä käsitellään vetokaapissa!

seoksen lämmittelyä.

1.2. Eristysvaihe

Seoksen jäähdyttyä siihen lisättiin 75ml tislattua vettä ja taas sekoiteltiin..Seuraavaksi suodatimme seoksen Buhnersuppilolla.

suodatus buschnersuppilolla.

1.3. Puhdistusvaihe KITEYTTÄMÄLLÄ

Seuraavaksi liuotimme äskettäin suodatetun asetosalisyylihapon 15 ml:aan kuumennettua etanolia ja siihen lisättiin vielä 40 ml kuumaa tislattua vettä.
Annoimme seoksen jäähtyä hitaasti keittolevyn päällä, jotta kiteistä tulisi mahdollisimman suuria.

Mitä hitaampi jäähtyminen sitä suuremmiksi muodostuvat kiteet.

Jäähtynyt seos suodatettiin jälleen buhnersuppiloon.
Tässä vaiheessa aspiriini oli valmista ja se laitettiin vielä viikoksi kuivumaan eksikaattoriin.

asetosalisyylihappo etanoliliemessä ja jäähtyessä alkaa kiteytyminen.

liuos suodatettiin ja kiteet jäivät.

2. Tuotteen puhtauden tutkiminen

Jos tuotteeseen on epäpuhtautena jäänyt vielä reagoimatonta salisyylihappoa, saadaan määrä mitattua SPEKTROFOTOMETRISESTI.

Aloitimme valmistamaan liuos sarjaa, johon tuli yhteensä 11 erilaista näytettä.

1. Näytteet valmistamastamme aspiriinista

Punnitsimme 0,4180g valmistamaamme aspiriinia, joka liuotettiin 25ml:aan kuumaa vettä. Jäähtynyt liuos taas suodatettiin...tällä kertaa suodoksesta otettiin 2 ja 4ml erät, jotka laitettiin 100ml mittapulloihin, lisättiin molempiin 1ml 0,1 mol/l NaOH liuosta ja lopuksi täytettiin tarkasti merkkiin asti laboratoriovedellä. Ensimmäiset kaksi erää siis valmiina spektrofotometriseen mittaukseen,.

2. Näytteet kaupallisesta aspiriinista
Näytteenä oli kaupallinen, asetyylisalisyylihappoa sisältävä särkylääketabletti. Tabletti punnittiin (0,5985g) ja jauhettiin ja sen jälkeen hienoksi huhmareessa. Lisättiin 20 ml 0,1-M NaOH:ta ja poistettiin liukenematon osuus suodattamalla liuos 250 ml:n mittapulloon. Huhmare pestiin vielä kuudella 10 ml:n erällä 0,1-M NaOH:ta, jotka myös valutettiin suodatinpaperin läpi mittapulloon. Lopuksi pullo täytettiin NaOH-liuoksella merkkiin... sekoitetaan hyvin ja pipetoidaan 2, 3 ja 4 ml:n erät 100 ml:n mittapulloihin. Nyt näytteitä on yhteensä 5 kpl.

3. Valmistetaan kantavakioliuokset

Liuosta varten punnitsimme gramman (1.003g) salisyylihappoa ja liuotimme sen veteen 100ml:n mittapullossa. (Tätä jouduimme lämmittämään vesihauteessa.) Lopuksi pullo täytettiin merkkiin asti.
Varsinaiset standardiliuokset valmistettiimn pipetoimalla tästä 1,2,3,4 ja 5ml:n erät 100ml mittapulloihin.
Kuhunkin pulloon lisättiin vielä 1ml NaOH- liuosta (0,1mol/l) ja pullot täytettiin merkkiin asti labravedellä. Kymmenen näytettä valmiina.

4. Nollaliuos
Nollaliuos tehtiin ottamalla myös 1 ml 0,1M NaOH-liuosta ja täytettiin vedellä merkkiin.

Viimein liuossarja oli valmiina ja pian selvisi millainen laite on spektrofotometri..sillä sitten mittailimme liuosten absorbanssit aallonpituudella 297 nm. Kyvettina käytettiin UV-kyvettiä, joka läpäisee ultraviolettivaloa.

liuos sarja valmiina spektrofotometriseen mittaukseen

spektrofotometri

tuloksia ruudulla

Lopuksi oli jäljellä enään valmistamamme aspiriinin sulamispisteen mittaaminen. Sulamispisteen mittauslaite löytyi yläkerran labrasta.
Tämä ei kovin monimutkainen laite ollutkaan vaan käyttö sujui helposti. Alkuun tökimme aspiriinia kapillaariputkeen, joka tökättiin laitteeseen, joka kuumensi putkea ja näytti lämpötilaa.
Lämpötilan ollessa 130,5 astetta celsiusta aspiriini muuttui nestemäiseksi ja näin sulamispiste oli selvinnyt.