Gymnasiearbete, syntes av paracetamol
Hej, jag har bestämt mig för att tillverka paracetamol och försöka optimera syntesen som mitt gymnasiearbete. Från början var tanken att kontakta företag såsom alvedon och jämnföra mitt utbyte med tillverkning i fabrik. Men ingen av företagen kunde av säkerhetsrisk inte lämna ut några uppgifter om tillverkningen.
I labborationne utgåt jag från en recept av stocholms univeristet. Tanken var att juster en faktor i taget för att sedan ta reda på hur det påverkar utbyte och renhet.
Jag har börjat med denna labboration och har förändrat temperatur. Jag har då sett att temperatur ökning leder till högre utbyte(till en viss gräns) efter det ökar renheten vid högre temperatur och utbytet minskar.
Jag har valt att jobba ensam så min lärare har varit tydlig med att min labboration inte behöver vara lika komplicerad som andras men jag är fortfarande rädd att det inte är tillräckligt. Nu undrar jag två saker.
Finns det någon förändring på receptet som kommer ge stora resultat?(resultaten vid temperatur gav en förändring men den var väldigt liten)
Och vid förändringen av temperatur blir utbyetet av paracetamol mindre efter cirka 75-80 grader. Jag har försökt ta reda på varför men kommmer inte riktigt på det. Det första jag tänkte på vara att det börjar brytas ner till reaktanterna igen men vet inte om det stämmer då jag inte hittar någon aktiveringsenergi för jämnviktsreaktinen som bildas.
Länk till metoden(Sntes av paracetamol)
0,38 g p-aminofenol är 3,482 mmol
0,5 ml ättiksyraanhydrid är 5,289 mmol
Anhydriden är redan i överskott, men man kan testa att ta ännu mer, t.ex. 0.6 ml eller 0.7 ml.
I reaktionen bildas syra och anhydriden hydrolyseras så man kan testa att tillsätta en liten mängd NaOH (lös den i destillerat vatten som du använder i syntesen).
Man kan alltid testa att katalysera reaktionen, något som är ganska enkelt att testa är att lösa en liten mängd AgNO3, CuSO4 eller NiSO4 i destillerat vatten.
Byte av lösningsmedel kan också vara väldigt effektivt, men det är nog svårt med konstiga kemikalier i gymnasieskolan.
När man arbetar med sådana små mängder kan ganska mycket spillas och jag tror att en del kristaller fastnar på filterpapperet. Jag föreslår att du i samråd med läraren dubblar eller tredubblar mängder i syntesbeskrivningen och bestämmer utbyte sedan.
Tack så mycket för tipsen. Vore det inte bättre att tillsätta mer paraaminofenol då den är begränsande i detta fall. Och om man katalyserar tror du då att man behöver tillägga värme( när man blandar alla reaktanter blir behållaren redan varm, alltså sker reaktionen, men för att påskynda har värme använts) och kommer dessa eventuella katalysatorer att försvinna vid en filtrering eller kommer dem bilda något annat ämne eller svårlösligt salt. Tack igen för tipsen
Jag tror att ättiksyraanhydrid är billigare och man får offra den för att få ett bättre utbyte. Jag tror att en hel del försvinner i hydrolysen.
Silver kan nog fastna i produkten, men du ska inte använda mycket så det borde inte påverka och det mesta ska vara löst i vattnet efter reaktionen. Silveracetat löser sig inte så bra i vatten, men borde stanna i vattnet efter reaktionen. Värme kan nog behövas, men du kan testa med lägre temperaturer, t.ex. 50 grader i vattnet.
Ättiksyraanhydrid är inte bara billigare, det ger också också en väldigt harmlös restprodukt (ättiksyra) som inte innebär någon säkerhetsrisk eller miljöfara, och som är lätt att separera från syntesprodukten i och med att den är väldigt polär.
Paraaminofenol å andra sidan är dyrt, hälso- och miljöfarligt, och lite svårare att separarera från paracetamol eftersom de har ganska lika löslighetsegenskaper – så det finns goda skäl att se till att så mycket som möjligt av den paraaminofenol som används faktiskt reagerar och blir paracetamol.
Okej tack. Finns det någon anledning till att det skulle försvinna. Jag tänker att några svaga bindningar kan försvinna pågrund av värmen men kokpunkten är ganska hög så borde inte påverkas så mycket. Vid tillverkningen av paracetamolen så är det en gas som vill ut som kanske är ättiksyraanhydrid.
Ättiksyraanhydriden försvinner inte, men den reagerar hyfsat lätt med vatten och bildar ättiksyra (som är en väldigt harmlös kemikalie i sammanhanget) enligt följande reaktionsformel:
(CH3CO)2O + H2O → 2 CH3COOH .
Så eftersom själva reaktionen sker i vattenlösning (och du dessutom senare tillsätter ännu mer vatten för att tvätta produkten), så kommer överskottet av ättiksyraanhydrid snabbt att oskadliggöras!
Faktum är att om du inte har ett överskott av ättiksyraanhydrid, så kommer du få problem med att utbytet, eftersom vattnet kommer att konkurrera med para-aminofenol om att agera nukleofil.
okej så att tillsätta mer paraaminofenol blir inte så bra helt enkelt utan jag borde i så fall testa att tillsätta mer ättiksyraanhydrid.
Jag fick idag ett resultat som var lite oväntat när jag sänkte värmen till 65 grader celcius. Tidigare har utbytet legat på 26-36% vid högre temperaturer med men 65 grader fick jag 77% utbyte vilket var ett väldigt stort hopp. (endast temperaturen förändrades). Jag vet ju att värme ökar rörelsen på molekylerna och därmed chansen för lyckade kollistioner men vad kan vara anledningen till att utbytet ökar med så mycket vid en sänkning av temperatur?
Tack så mycket för svaren!
Tillägg: 13 dec 2024 15:54
Jag har endast testat att göra TLC på produkten vilket visade på en mindre ren produkt än tidigare då jag innan fått nästan exakt samma värden som riktig paracetamol men tycker fortfarande att det är konstigt att utbytet skulle öka så mycket.
Jag tror att hydrolysen är problemet och vid lägre temperatur sker den med lägre hastighet och paraaminofenol får "chansen" att reagera med anhydriden. Om jag minns rätt minskar vattnets permittivitet vid högre temperatur och då borde lägre temperatur gynna reaktionen med aminogrupper mer än med hydroxylgruppen och vatten. Å andra sidan kan lägre temperatur leda till att vattenmolekylerna skapar starkare vätebindningar till aminogrupper och de blir mindre tillgängliga än OH-gruppen i paraaminofenol och reaktionen sker där (vilket ökar mängden av biprodukter). Det är flera motverkande faktorer här.
Du skrev tidigare att paracetamol framställs industriellt så att anhydriden i gasform får reagera med paraaminofenol. Jag tror det görs nog bl.a. för att undvika hydrolysen.
UPD: Paraaminofenol är löslig i aceton - hyfsat polärt lösningsmedel som inte skapar vätebindningar. Kokpunkten är dock 56 C, men det kan gå i ett vattenbad och i ett dragskåp.
Problemet är att vi inte vet om utbytet verkligen var högre vid den kallare temperaturen, eftersom du ju har kunnat konstatera att produkten inte är ren.
För att du ska i ditt arbete ska kunna dra slutsatser om hur olika faktorer påverkar utbytet är det avgörande att du har en syntes- och uppreningsmetod som konsekvent ger en ren produkt (eller i vart fall en produkt med jämförbar renhet mellan försöken), så om du vill undersöka lägre temperaturer behöver du komma tillrätta med renhetsproblemen.
Kanske kan du försöka lägga till något mer reningssteg? En enkel metod som ibland hjälper är omkristallation, men din lärare eller mer kunniga användare här kanske har bättre idéer.
Rent allmänt skulle du också kunna överväga att dubbelkolla renheten på något mer sätt än genom TLC, t.ex. genom att kolla smältpunkten, om ni har utrustning för detta på skolan.
Att mäta produktens smältpunkt, är ett klassiskt och enkelt sätt att få en uppfattning om hur ren din produkt är. Smältpunkten för ren paracetamol finns redan, så du kan jämföra din smältpunkt med detta värde. Eftersom du valt ett ämne som används som läkemedel är renheten av extra intresse. Just läkemedel har högre krav på renhet hos ämnena, för att undvika bieffekter när patienten använder läkemedlet.
Att omkristallisera produkten är en bra idé, då kan du även jämföra produktens smältpunkt innan omkristallisationen och efter (d.v.s. hur mycket renare det blev efter omkristallisationen, hjälpte det eller inte o.s.v. ?).
Om det skulle vara lite större skala kanske man kunde investera lite tid i att undersöka fastfas katalysatorer som t.ex. natriumvätesulfat på kiselgel, som nog går att skapa i ett gymnasielabb (och som är billiga att framställa, från material som nog redan kan finnas).
