سنتز آسپرین

آسپرین از طریق واکنش استری‌سازی (Esterification) بین سالیسیلیک اسید و انیدرید استیک تولید می‌شود. این واکنش در حضور یک کاتالیزور اسیدی (معمولاً سولفوریک اسید یا فسفریک اسید ) انجام می‌گیرد. واکنش کلی به‌صورت زیر است:

​\( C_{6}H_{4}(OH)COOH(aq)+(CH_{3}CO)_{2}O(aq)\xrightarrow[\hspace{2cm}]{H_{2}SO_{4}}C_{6}H_{4}(OCOCH_{3})COOH(s)+CH_{3}COOH(aq) \)​

مکانیسم واکنش :

پروتون‌دار شدن انیدرید استیک: کاتالیزور اسیدی (​\( H_{2}SO_{4} \)​) باعث پروتون‌دار شدن گروه کربونیل انیدرید استیک می‌شود، که آن را به یک الکتروفیل قوی‌تر تبدیل می‌کند.

حمله نوکلئوفیلی: گروه هیدروکسیل (​\( -OH \)​) موجود در سالیسیلیک اسید به‌عنوان نوکلئوفیل به کربونیل انیدرید استیک حمله می‌کند و یک واسطه تتراهدرال تشکیل می‌شود.

تشکیل آسپرین و حذف اسید استیک: واسطه تتراهدرال تجزیه شده و آسپرین (استیل‌سالیسیلیک اسید) همراه با استیک اسید به‌عنوان محصول جانبی تولید می‌شود.

نقش کاتالیزور :سولفوریک اسید  یا فسفریک اسید با افزایش اسیدیته محیط، سرعت واکنش را افزایش می‌دهد و به تکمیل واکنش کمک می‌کند. کاتالیزور همچنین با کاهش انرژی فعال‌سازی، واکنش را از نظر ترمودینامیکی مطلوب‌تر می‌کند. این واکنش برگشت‌پذیر است، بنابراین برای افزایش بازده، معمولاً انیدرید استیک به مقدار اضافی استفاده می‌شود. گرما دادن به مخلوط واکنش (معمولاً در دمای 50 تا 60 درجه سانتی‌گراد) باعث افزایش سرعت واکنش می‌شود، اما دمای بیش از حد می‌تواند باعث تجزیه محصولات یا تشکیل محصولات جانبی شود.

طرز تهیه آسپرین در آزمایشگاه

تهیه آسپرین در آزمایشگاه یکی از آزمایش‌های کلاسیک شیمی آلی است که به دلیل سادگی و کاربرد آموزشی بسیار رایج است. مراحل زیر به‌صورت گام‌به‌گام توضیح داده شده است:

مواد مورد نیاز :

سالیسیلیک اسید (حدود 2 گرم) ، انیدرید استیک (حدود 5 میلی‌لیتر) ،  سولفوریک اسید غلیظ یا فسفریک اسید (چند قطره به‌عنوان کاتالیزور) ، اتانول یا آب مقطر (برای شستشو و تبلور مجدد)

یخ و آب سرد (برای خنک کردن و رسوب دادن محصول) ،  تجهیزات: ارلن‌مایر، بشر، قیف بوخنر، کاغذ صافی، حمام آب گرم، ترازو و پیپت.

مراحل تهیه:

آماده‌سازی مخلوط واکنش: 2 گرم سالیسیلیک اسید را در یک ارلن‌مایر خشک وزن کنید. 5 میلی‌لیتر انیدرید استیک را به ارلن‌مایر اضافه کنید (در هود آزمایشگاه، زیرا انیدرید استیک بوی تند و تحریک‌کننده‌ای دارد). 3 تا 5 قطره سولفوریک اسید غلیظ (یا فسفریک اسید ) به‌عنوان کاتالیزور اضافه کنید.

گرم کردن مخلوط: ارلن‌مایر را در حمام آب گرم (50 تا 60 درجه سانتی‌گراد) قرار دهید و به‌آرامی هم بزنید تا سالیسیلیک اسید کاملاً حل شود. حدود 10تا 15 دقیقه مخلوط را گرم کنید تا واکنش کامل شود. (از حرارت زیاد خودداری کنید تا از تجزیه جلوگیری شود.)

خنک کردن و رسوب دادن: ارلن‌مایر را از حمام آب خارج کرده و اجازه دهید تا به دمای اتاق برسد. حدود 20 میلی‌لیتر آب سرد به مخلوط اضافه کنید تا آسپرین به‌صورت کریستال رسوب کند. (آب باعث هیدرولیز انیدرید استیک اضافی و تشکیل اسید استیک می‌شود.)

فیلتراسیون:مخلوط را با استفاده از قیف بوخنر و کاغذ صافی فیلتر کنید تا کریستال‌های آسپرین جدا شوند. کریستال‌ها را با مقدار کمی آب سرد بشویید تا استیک اسید و سایر ناخالصی‌ها حذف شوند.

تبلور مجدد (اختیاری):برای خالص‌سازی، کریستال‌های آسپرین را در مقدار کمی اتانول گرم حل کنید. سپس آب مقطر اضافه کنید تا کریستال‌های خالص آسپرین دوباره رسوب کنند. کریستال‌ها را فیلتر کرده و در دمای اتاق یا در آون خشک کنید.

تست خلوص:

نقطه ذوب: نقطه ذوب آسپرین خالص حدود 135 تا 136 درجه سانتی‌گراد است. با دستگاه نقطه ذوب می‌توانید خلوص محصول را بررسی کنید.

تست فریک کلرید : افزودن چند قطره محلول فریک کلرید (​\( FeCl_{3} \)​) به آسپرین نباید رنگ بنفش ایجاد کند (رنگ بنفش نشان‌دهنده وجود سالیسیلیک اسید باقیمانده است).

بازده واکنش: بازده تئوریک بر اساس جرم سالیسیلیک اسید محاسبه می‌شود (نسبت مولی 1:1 بین سالیسیلیک اسید و آسپرین). در عمل، بازده معمولاً 70تا 90٪ است به دلیل ناخالصی‌ها یا از دست رفتن محصول در مراحل فیلتراسیون و تبلور 

انیدرید استیک و سولفوریک اسید خورنده هستند؛ از دستکش، عینک ایمنی و هود آزمایشگاه استفاده کنید. از استنشاق بخارات انیدرید استیک خودداری کنید. آسپرین تولیدشده در آزمایشگاه برای مصرف دارویی مناسب نیست و فقط برای اهداف آموزشی است.

واکنش‌های جانبی احتمالی

در طی سنتز آسپرین، برخی واکنش‌های جانبی ممکن است رخ دهند:

• هیدرولیز انیدرید استیک: در حضور آب، انیدرید استیک به استیک اسید تبدیل می‌شود که می‌تواند بازده را کاهش دهد.
• تشکیل ناخالصی‌ها: اگر دما بیش از حد بالا باشد، ممکن است محصولات جانبی نامطلوب تشکیل شوند.
• باقی ماندن سالیسیلیک اسید: اگر واکنش کامل نشود، مقداری سالیسیلیک اسید در محصول نهایی باقی می‌ماند.

 کاربرد صنعتی

در مقیاس صنعتی، آسپرین با روش‌های مشابه اما در راکتورهای بزرگ و با کنترل دقیق دما، فشار و خلوص مواد اولیه تولید می‌شود. مراحل خالص‌سازی شامل تبلور چندمرحله‌ای و استفاده از حلال‌های خاص برای حذف ناخالصی‌هاست. همچنین، برای تولید قرص‌های آسپرین، مواد پرکننده، روان‌کننده‌ها و پوشش‌های روده‌ای (برای کاهش تحریک معده) اضافه می‌شوند.

• مزیت استیل‌سازی: افزودن گروه استیل به سالیسیلیک اسید باعث کاهش تحریک‌کنندگی معده نسبت به سالیسیلیک اسید خالص می‌شود.
• پایداری آسپرین: آسپرین در محیط مرطوب به سالیسیلیک اسید و استیک اسید تجزیه می‌شود، بنابراین باید در ظروف خشک و در بسته نگهداری شود.

​\( C_{6}H_{4}(OCOCH_{3})COOH(aq)+H_{2}O(l)\xrightarrow[\hspace{1.5cm}]{}C_{6}H_{4}(OH)COOH(aq)+CH_{3}COOH(aq) \)​

• اهمیت تاریخی: سنتز آسپرین یکی از اولین نمونه‌های موفق تولید داروهای مصنوعی بود که صنعت داروسازی مدرن را شکل داد . آسپرین در کبد و خون توسط آنزیم‌های استرهیدرولاز به سالیسیلیک اسید و استیک اسید تجزیه می‌شود. سالیسیلیک اسید مسئول بخش عمده اثرات دارویی (ضددرد، ضدتب، ضدالتهاب) است.
• کونژوگاسیون: سالیسیلیک اسید در کبد با گلوکورونیک اسید یا گلیسین کونژوگه می‌شود تا متابولیت‌هایی مانند سالیسیلوریک اسید و گلوکورونید سالیسیلیک تشکیل شوند که از طریق ادرار دفع می‌شوند.
• تست با سدیم بی‌کربنات : آسپرین به دلیل خاصیت اسیدی ضعیف با سدیم بی‌کربنات واکنش می‌دهد و گاز کربن دی‌اکسید تولید می‌کند:
  ​\( C_{6}H_{4}(OCOCH_{3})COOH(s) + NaHCO3(aq) \xrightarrow[\hspace{1.5cm}]{} C_{6}H_{4}(OCOCH_{3})COONa(aq) + H_{2}O(l) + CO_{2}(g) \)​

سنتز آسپرین