Syntese av acetylsalisylsyre og hemming av COX

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Acetylsalisylsyre kan syntetiseres fra salisylsyre og eddiksyreanhydrid, som vist i figur 1.

Figur 1: Reaksjonslikning der salisylsyre og eddiksyreanhydrid med H⁺ som katalysator gir acetylsalisylsyre og eddiksyre

En elev gjennomførte syntese av acetylsalisylsyre på skolelaboratoriet på denne måten:

$1,48 g$ fast salisylsyre ble veid ut.
$1 m L$ eddiksyreanhydrid (tetthet $1,1 g / m L$ ) ble målt ut med en plastpipette.
Stoffene ble overført til en erlenmeyerkolbe.
Tre dråper konsentrert svovelsyre ble tilsatt som katalysator.
Blandingen ble varmet opp til $50 ° C$ i 10 minutter.
Kolben ble satt i isbad for avkjøling og utfelling.
Blandingen ble filtrert i en trakt med filterpapir og vakuumsug.
Erlenmeyerkolben ble skylt med vann (ca. $40 ° C$ ), og restene ble helt over i trakten.
Produktet ble omkrystallisert:
- Det faste stoffet ble skrapet av filterpapiret og overført til et begerglass.
- Varmt vann og etanol ble tilsatt slik at stoffet løste seg opp.
- Blandingen ble avkjølt i isbad og filtrert, på samme måte som beskrevet tidligere.
Det faste produktet ble skrapet av filterpapiret og lagt på et urglass ( $21,5 g$ ). Dette ble lufttørket i 30 minutter. Urglasset og produktet veide til sammen $22,35 g$ .
Smeltepunktet ble målt ved å varme produktet raskt i et smeltepunktapparat.
Produktet smeltet i intervallet $125$ – $130 ° C$ .

Tabell 1: Tabellverdier

	Salisylsyre	Eddiksyreanhydrid	Acetylsalisylsyre	Eddiksyre
Molar masse (g/mol)	$138,1$	$102,1$	$180,2$	$60,1$
Smeltepunkt, °C	$159$	$- 73,1$	$136$	$17$
Kokepunkt, °C	$200$	$139,8$	–	$118$

Kalkulator

Beregn prosentvis utbytte i syntesen.

For hånd

Pek på minst to svakheter i hvordan eleven gjennomførte syntesen, og forklar hvordan dette påvirker utbyttet av og renheten i syntesen.

Acetylsalisylsyre er virkestoffet i den smertestillende medisinen Aspirin/Dispril. Det virker som en inhibitor/hemmer på enzymet syklooksygenase (COX), som har en funksjon i smerteprosessen. Figuren viser starten på reaksjonsmekanismen for hvordan acetylsalisylsyre fester seg til det aktive setet i enzymet.

For hånd

Bruk mekanismen i figur 2 til å forklare hvordan A og B dannes. Tegn strukturen til A og B.

Figur 2: Deler av reaksjonsmekanismen mellom acetylsalisylsyre og enzym

Fasit

Salisylsyre er begrensende reaktant. Utbytte $44 %$

For eksempel: rask smeltepunktmåling, kort tørking (vann gir for høy masse og for høyt utbytte) og skylling med varmt vann (tap av produkt). Lavt og bredt smeltepunkt ( $125$ – $130 ° C$ ) viser at produktet er urent.

Serin-O angriper karbonyl-C i estergruppen, og bindingen til fenyl-O brytes. A er salisylsyre, B er serin med acetylgruppe (ester) i enzymet.

LøsningsforslagKI-generert

Stoffmengde salisylsyre:

n (salisylsyre) = \frac{1,48 g}{138,1 g / m o l} = 0,01072 m o l

Stoffmengde eddiksyreanhydrid:

\begin{matrix} m & = 1 m L \cdot 1,1 g / m L = 1,1 g \\ n (eddiksyreanhydrid) & = \frac{1,1 g}{102,1 g / m o l} = 0,01077 m o l \end{matrix}

Reaktantene reagerer i forholdet $1 : 1$ . Salisylsyre er begrensende reaktant, men mengdene er nesten like.

Teoretisk utbytte av acetylsalisylsyre:

m_{teoretisk} = 0,01072 m o l \cdot 180,2 g / m o l = 1,931 g

Faktisk masse produkt:

m_{faktisk} = 22,35 g - 21,5 g = 0,85 g

Prosentvis utbytte:

utbytte = \frac{0,85 g}{1,931 g} \cdot 100 % = 44 %

Rask smeltepunktmåling. Ren acetylsalisylsyre smelter ved $136 ° C$ . Produktet smeltet ved $125$ – $130 ° C$ . Et lavt og bredt smeltepunktintervall viser at produktet er urent. Ved rask oppvarming henger temperaturen i prøven etter termometeret. Målt smeltepunkt blir for høyt, og intervallet blir bredere. Det virkelige smeltepunktet er trolig enda lavere, og det støtter at produktet er urent. Eleven burde varmet langsomt nær smeltepunktet.

For kort tørking. Etter 30 minutter lufttørking er det trolig vann igjen i produktet. Da blir massen for stor. Det virkelige utbyttet er derfor lavere enn $44 %$ .

Skylling med varmt vann. Acetylsalisylsyre løser seg bedre i varmt vann enn i kaldt. Noe produkt følger med filtratet, og utbyttet blir lavere. Det samme skjer hvis det brukes mye løsemiddel i omkrystalliseringen. Varmt vann kan også hydrolysere acetylsalisylsyre til salisylsyre. Eleven burde skylt med iskaldt vann.

Oksygenatomet i OH-gruppen til serin har ledige elektronpar. Det er et nukleofilt senter. Karbonylkarbonet i estergruppen til acetylsalisylsyre er delvis positivt, fordi det er bundet til to elektronegative O-atomer.

Første pil: Et elektronpar fra O i serin angriper karbonylkarbonet i acetylgruppen. Det dannes en ny binding mellom serin-O og acetylgruppen.
Andre pil: Bindingen mellom karbonylkarbonet og O-atomet på benzenringen brytes. Elektronparet går til dette O-atomet, som blir et fenolat-ion.
Til slutt overføres H-atomet fra serin-O (som nå er positivt ladd) til fenolat-O.

Reaksjonen er en substitusjon (omforestring). Acetylgruppen flyttes fra salisylsyre til serin i enzymet.

Stoff A er salisylsyre, som frigjøres:

Strukturformel for salisylsyre

Stoff B er serin med en acetylgruppe bundet som ester, $S e r – C H_{2} – O – C O – C H_{3}$ . Stoffet sitter fast i det aktive setet. Stjernene markerer resten av peptidkjeden i enzymet:

Strukturformel for acetylert serin i enzymet

Acetylgruppen blokkerer det aktive setet, og enzymet blir hemmet.

Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 H2023. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Tabeller og formler i kjemi

Oppgavedata

Hentet fra: Kjemi 2 H2023, del 2, oppgave 8
Del: Del 2, alle hjelpemidler — les om hjelpemidler
Hjelpemidler: Kalkulator
CAS
Graftegner og regneark
Lærebok, formelsamling og egne notater
Ikke åpent internett, kommunikasjon med andre eller kunstig intelligens.
Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Organisk syntese, Støkiometri, Usikkerhet og feilkilder, Reaksjonsmekanismer

Syntese av acetylsalisylsyre og hemming av COX

Innstillinger

Utseende

Oppgaver og visning

Utskrift

Synkronisering

Sync på tvers av enheter

Syntese av acetylsalisylsyre og hemming av COX

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Forstå oppgaven med en KI

Tastatursnarveier

Navigasjon

I oppgave

Syntese av acetylsalisylsyre og hemming av COX

Syntese av acetylsalisylsyre og hemming av COX

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Temaer