Frågor angående syntes av acetylsalicylsyra

naytte skrev:

God tidig eftermiddag, Pluggakuten!

Jag har nyligen påbörjat en labb där vi ska syntetisera acetylsalicylsyra med hjälp av salicylsyra, ättiksyraanhydrid och koncentrerad fosforsyra. Vi har kommit så lång att vi har syntetiserat (något orena) kristaller av acetylsalicylsyran. I stora drag har vi gjort så här:

Vi vägde upp salicylsyran och förde över denna till en rundkolv. Sedan tillsatte vi ett överskott ättiksyranhydrid och tillsatte några droppar koncentrerad fosforsyra. Efter lite omrörning lades rundkolven ned i ett hett vattenbad (90 °C - 100 °C) och rörde om lite grand medan det befann sig i badet. Rundkolven fick ligga där i ungefär 15 min. Efter varmvattenbadet tillsattes lite iskallt vatten för att få det som fanns kvar av ättiksyraanhydriden att reagera bort. Sedan tillsatte vi en större mängd iskallt vatten och lade ned kolven i ett isbad. Då fälldes det ut acetylsalicylsyrakristaller. Sedan separerades dessa från vattnet med hjälp av en Büchnertratt.

Jag har några frågor om förafarandet:

• Vad är så att säga "nettoreaktionen" som har skett här och vad är det för reaktionsmekanism(er)?

 

Om du tittar på strukturerna av reaktanterna salicylsyra / ättiksyraanhydrid, och jämför dessa med produkten acetysalicylsyra, bör du se "vad som skett". Prova att rita upp strukturerna och titta på vilken ny bindning som bildats.

(I detta fall kan du direkt från ämnenas namn dra en slutsats att salicylsyra har acetylerats, och acetylsalicylsyra bildats - d.v.s. en acetylgrupp har adderats till salicylsyra).

• Varför behövde man fosforsyra? Var det en katalysator som i en förestring?

Ja, syran används som katalysator för just denna typ av reaktion.

 

• Varför behövde man häftigt värma upp och kyla ned lösningen under syntesen? 

Varför brukar värme tillföras när ett eller flera ämnen skall fås att reagera?

Kylan har en roll, men de tycker jag redan skrivit om i ditt inlägg. Kommer du på vad kylan hjälper till med?

 

• Varför fälldes det ut kristaller under delen av syntesen där lösningen häftigt kyldes ned?

Tack på förhand för svar!

Vad hände när den större mängden iskallt vatten tillsattes?

Tack för svar! Visste inte om att acetylisering var en typ av reaktion men nu när jag betraktade strukturerna var det ju inte så krånligt.

Varför brukar värme tillföras när ett eller flera ämnen skall fås att reagera?

För att öka reaktionshastigheten är väl den vanliga anledningen. Stokastik, entropi och sådant där. Men det jag undrar över specifikt angående temperaturen är varför kristallerna föll ut just när temperaturen sänktes så mycket. Är det för att den lösta acetylsalicylsyran inte kan forma kristallstrukturer när den kinetiska energin (omgivningsenergin) är så hög?

Och rent termodynamiskt tänker jag att om temperaturen är låg, och kristallisering sker, så ökar omgivningsentropin jättemycket (mycket mer än om det redan är varmt) och då blir reaktionen mer gynnsam. Så om temperaturen är låg sker kristalliseringen snabbare.

Vad hände när den större mängden iskallt vatten tillsattes?

Till en början ingenting. Det var först när vi rörde om efter tillsats av iskallt vatten som det började falla ut kristaller.

Precis värmen användes för att påskynda den kemiska reaktionen.

Reaktanterna och produkterna (bildas minst två) är lösliga i varmt vatten (misstänker jag det var eftersom det är en Fisher-esterifiering som ni gjort).

Den första skvätten med iskallt vatten kommer som du skrev att hydrolysera slut på ättiskyraanhydriden (genererar lite värme, och skall ni ändå kyla ner allt är det lika bra att det var kallt vatten).

Och sedan tillsätts mer iskallt vatten och temperaturen sjunker ännu mer, vilket påverkar lösligheten hos acetylsalicylsyran. Så kylan behövs för att minska lösligheten och underlätta kristallisationen av ämnet. Att det inte sker direkt när temperaturen sänks, och lättare när man rör om med t.ex. en glasstav, beror på att ämnet först måste genomgå nukleation (kärnbildning på svenska kanske?), d.v.s. det måste börja bildas små kristaller som resten av ämnet sedan kan kristallisera på.

Om det inte går med omrörning, brukar det fungera om glasstaven pressas lite mer mot glaset, så att det gnisslar lite, friktionen brukar hjälpa till.

Det skulle fungerat med att ställa kärlet på is ett tag, med tålamod.

Fattar! Stämmer förresten det termodynamiska resonemanget? Är det det som gör att lösligheten sjunker?

Typ lite så som du skrev.  Sjunker temperaturen minskar partiklarnas hastighet, vilket ökar chansen för att bilda bindningar mellan dem, och hela systemet entropi minskar ju med minskande temperatur. När sedan en partikel binder till en växande kristall, minskar den partikelns entropi, och den entropienergin avges till omgivningen i form av värme. Finns det samtidigt en annan fas/massa med låg temperatur (den relativt stora mängden iskallt vattnet i ditt fall), som kan ta emot denna frigjorda energin kommer entropiökningen i omgivningen i form av värme, inte riktigt påverka acetylsalicylsyramolekylerna/den växande kristallen - så kristallen kan fortsätta växa samtidigt som vattnets temperatur endast ökar en aning.