5012 Синтез ацетилсалициловой кислоты (аспирина) из

NOP
http://www.oc-praktikum.de
5012
Синтез ацетилсалициловой кислоты (аспирина) из
салициловой кислоты и уксусного ангидрида
O
COOH
O
O
OH
+
COOH
O
H2SO4
+ CH3COOH
O
C4H6O3
C7H6O3
(120.1)
(138.1)
C9H8O4
(180.2)
(98.1)
C2H4O2
(60.1)
Классификация
Типы реакций и классы веществ
Реакция карбонильной группы в производных карбоновых кислот, этерификация
Ангидриды карбоновых кислот, эфиры карбоновых кислот, карбоновые кислоты,
фенол, ароматические соединения, кислотный катализатор
Методы работы
Реакция с помощью микроволн, перемешивание с помощью магнитной мешалки,
нагревание с обратным холодильником, фильтрование, экстрагирование, встряхивание,
перекристаллизация
Методика (размер загрузки 100 ммоль)
Оборудование
Микроволновая система ETHOS 1600, стеклянная трубка (40 см, шлиф 29), двугорлая
колба на 100 мл, магнитная мешалка, эффективный охладитель, стеклянный фильтр
(диаметр 6 см), колба Бунзена, эксикатор
Вещества
Салициловая кислота (т.пл. 157-159 °C)
Уксусный ангидрид (т.кип. 138-140,5 °C)
Конц. серная кислота (96%)
Гидроксид натрия
Этанол для перекристаллизации
Водный раствор хлорида железа (III) (0,1 M)
13,8 г (100 ммоль)
12,8 г (11,9 мл, 125 ммоль)
3 капли
5г
примерно 30 мл
несколько миллилитров
Реакция
Реакционный прибор включает двугорлую колбу на 100 мл, оснащенную магнитной
мешалкой, датчиком температуры и интенсивным охлаждением. Смесь 13,8 г (100
ммоль) салициловой кислоты и 12,8 г (11,9 мл, 125 ммоль) уксусного ангидрида
1
Сентябрь 2008
NOP
http://www.oc-praktikum.de
помещают в реакционную колбу и добавляют три капли концентрированной серной
кислоты. Прибор устанавливают в микроволновую систему с помощью стеклянной
трубки (см. раздел «Технические указания: стандартный прибор для кипячения с
обратным холодильником в микроволновой системе»). Реакционную смесь нагревают
при перемешивании в течение 90 секунд при 900 Вт и 140°C. Во время последующего
охлаждения прозрачный желтоватый раствор затвердевает в компактную белую
кристаллическую массу.
Выделение продукта
После охлаждения до комнатной температуры твердое вещество измельчают в колбе и
перемешивают в течение 30 минут с 50 мл воды. Затем твердое вещество отсасывают
через стеклянный фильтр. Остаток на фильтре промывают на фильтре трижды
порциями по 30 мл воды, так, что промывные воды проходят сквозь фильтр без
вакуума, и затем тщательно отсасывают. Фильтрат утилизируют.
Неочищенный продукт на фильтре анализируют на возможное содержание
салициловой кислоты (см. раздел Анализ), используя раствор хлорида железа (III). Если
результат теста отрицательный, продукт сушат в эксикаторе над гранулированным
гидроксидом натрия при пониженном давлении до постоянной массы. Во время осушки
также удаляется связанная продуктом уксусная кислота.
Выход: 16,0 г (88,8 ммоль, 89%); т.пл. 136 °C.
С целью дальнейшей очистки, если продукт все еще содержит салициловую кислоту,
его перекристаллизовывают из смеси этанол-вода. Для этого неочищенный продукт
растворяют при нагревании в примерно 30 мл этанола, затем добавляют через обратный
холодильник примерно 60 мл горячей воды. Смесь медленно охлаждают и колбу
помещают на ледяную баню для завершения кристаллизации. Продукт отсасывают и
сушат.
Выход: 14,6 г (81,0 ммоль, 81%), т.пл. 136 °C.
Комментарии
Без прибавления серной кислоты выход неочищенного продукта составляет примерно
83%, причем он все еще содержит большие объемы салициловой кислоты. После
перекристаллизации выход ниже 70%.
Если влажный продукт предварительно осушить с помощью фильтровальной бумаги
под вытяжкой, для эксикатора потребуется значительно меньше осушителя.
Организация сбора и выделения отходов
Утилизация отходов
Отход
Водный фильтрат
Маточная
жидкость
перекристаллизации
Тип емкости для сбора отходов
Смеси растворитель-вода, не содержащие
галогенов
после Смеси растворитель-вода, не содержащие
галогенов
2
Сентябрь 2008
NOP
http://www.oc-praktikum.de
Время
Примерно 1 час, не включая кристаллизацию
Перерыв
Перед выделением продукта
Степень сложности
Легкая
Анализ
Зависимость температуры от времени при стадиях синтеза в микроволновой
системе
Синтез ацетилсалициловой кислоты
160
1000
Temperatur [°C]
120
T1 [°C]
800
Energie [Watt]
700
100
600
80
500
400
60
Energie [W]
900
140
300
40
200
20
100
0
0
200
400
600
800
1000
0
1200
Zeit [sec]
Тест с хлоридом железа (III)
Примерно 10 мг вещества растворяют в примерно 5 мл этанола и прибавляют от 1 до 2
капель 0,1 М водного раствора хлорида железа (III). Интенсивное фиолетовое
окрашивание раствора указывает на присутствие салициловой кислоты.
Газовая хроматография не подходит в качестве метода анализа, поскольку
салициловая кислота, а также продукт декарбоксилируются в колонке для ГХ.
3
Сентябрь 2008
NOP
1
http://www.oc-praktikum.de
H ЯМР спектр продукта (300 МГц, CDCl3)
8.2
8.0
7.8
7.6
7.4
7.2
(ppm)
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
(ppm)
δ (ppm)
8,12
7,62
7,36
7,15
2,35
7,26
Мультиплетность
dd
dt
dt
dd
s
Число H
1
1
1
1
3
Отнесение
6-H
4-H
5-H
3-H
CH3
растворитель
4
7
COOH
1
6
O
8
2
3
5
9
O
4
Сентябрь 2008
NOP
13
http://www.oc-praktikum.de
C ЯМР спектр продукта (300 МГц, CDCl3)
160
140
120
100
80
60
40
20
(ppm)
δ (ppm)
170,06
169,78
151,25
134,90
132,52
126,18
124,01
122,24
21,02
76,5-77,5
Отнесение
7
C-7
C-8
C-2
C-4
C-6
C-5
C-3
C-1
CH3
растворитель
COOH
1
6
O
8
2
3
5
9
O
4
5
Сентябрь 2008
NOP
http://www.oc-praktikum.de
ИК спектр продукта (KBr)
1,12
1,0
0,9
0,8
0,7
Egy 0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,00
4000,0
3000
2000
1500
1000
400,0
cm-1
(cм-1)
3300 - 2500
1760
1700
1600, 1575
Отнесение
O-H-связь, карбоновая кислота, наложен
C-H-связь
C=O-связь, сложный эфир
C=O-связь, карбоновая кислота
C=C-связь, арен
6
Сентябрь 2008