Transcript Arbeitsmaterial für die Synthese

Naturwissenschaft Erleben Teil 3
Herstellung von 4-Acetaminophenol
durch Acetylierung von 4-Aminophenol
Qualitätsüberprüfung durch:
 Bestimmung der Reinheit am Fotometer
 Bestimmung der Reinheit am HPLC
 Bestimmung des Schmelzpunktes
Montag, 13. April 2015
Allgemeines
 4-Acetaminophenol (Paracetamol) wird in der Medizin wegen seiner
schmerzstillenden und fiebersenkenden Wirkung verwendet. Dabei
kommt es zum Beispiel unter den Handelsmarken Ben-u-ron, Treupel
oder Paracetamol in den Handel.
 Eine Verstärkung der schmerzstillenden Wirkung wird in Kombination
mit Acetylsalicylsäure erreicht. Dieses Produkt wurde vor allem mit
dem Handelsnamen Aspirin bekannt.
 Eine zusätzliche hustensenkende Wirkung wird durch Zugabe von
Codein erreicht.
 Sämtliche Präparate können sowohl als Zäpfchen als auch als
Tabletten oder Saft verabreicht werden.
Montag, 13. April 2015
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Reaktionsgleichung
OH
OH
+
+
H3C-CO-O-OC-CH3
HN
NH2
C
CH3COOH
CH3
O
4-Aminophenol
Essigsäureanhydrid
Montag, 13. April 2015
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4-Acetaminophenol
Essigsäure
Allgemeine Sicherheitsmaßnahmen im Labor
 Geschlossenen Arbeitsmantel tragen
 Schutzbrille tragen
 Wenn nötig (siehe Betriebsanweisung)
Handschuhe tragen
 Vor Pausen die Hände waschen
 Essen, Trinken oder Rauchen nur in den
dafür vorgesehenen Bereichen
 Verletzungen sofort bei einem Ausbilder melden
 Ruhige Arbeitsweise, keine Hektik
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Stoffbezogene Betriebsanweisung für
4-Aminophenol
Gefahren



Gesundheitsschädlich beim Einatmen und Verschlucken
Kann vermutlich genetische Defekte verursachen
Sehr giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung
Schutzmaßnahmen




Persönliche Schutzausrüstung tragen
Beim Einwiegen Dermatrilhandschuhe tragen
Handschuhe nach eventueller Benetzung sofort wechseln
Freisetzung in die Umwelt vermeiden
Erste Hilfe Maßnahmen

Benetzte Augen und Haut mit viel Wasser spülen
Entsorgung



Verschüttetes mit Chemikalienbinder Rotisorb aufnehmen
Gebrauchtes Rotisorb wird in einem speziellen Abfallbehälter gesammelt
Lösungen aus Fehlversuchen werden gesammelt
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Stoffbezogene Betriebsanweisung für
4-Acetaminophenol
Gefahren

Gesundheitsschädlich beim Verschlucken
Schutzmaßnahmen


Umfüllarbeiten (trockenes Produkt) im Abzug durchführen
Dermatrilhandschuhe tragen
Erste Hilfe Maßnahmen

Benetzte Augen und Haut mit viel Wasser spülen
Entsorgung



Verschüttetes wird mit einem nassen Wischtuch aufgenommen, das anschließend
mit sehr viel Wasser ausgespült wird
Anfallende Mutterlaugen werden im Waschbecken entsorgt
Das hergestellte Produkt wird abschließend in einem Behälter gesammelt
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Stoffbezogene Betriebsanweisung für
Essigsäureanhydrid
Gefahren





Flüssigkeit und Dampf entzündbar
Verursacht schwere Verätzungen der Haut
und schwere Augenschäden
Gesundheitsgefährlich bei Verschlucken
Gesundheitsschädlich bei Einatmen
Kann die Atemwege reizen
Schutzmaßnahmen



Umfüllarbeiten im Abzug durchführen
Bei der Handhabung Dermatrilhandschuhe tragen
Handschuhe nach eventueller Benetzung sofort wechseln
Erste Hilfe Maßnahmen

Benetzte Augen und Haut mit viel Wasser spülen
Entsorgung



Verschüttetes mit Chemikalienbinder Rotisorb aufnehmen
Gebrauchtes Rotisorb wird in einem speziellen Abfallbehälter gesammelt
Anfallende Mutterlaugen werden im Waschbecken entsorgt
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Stoffbezogene Betriebsanweisung für Methanol
Gefahren



Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar
Giftig bei Einatmen, Hautkontakt und Verschlucken
Schädigt die Organe
Gefahr!
Schutzmaßnahmen



Umfüllarbeiten im Abzug durchführen
Bei der Handhabung Dermatrilhandschuhe tragen
Handschuhe nach eventueller Benetzung sofort wechseln
Erste Hilfe Maßnahmen

Benetzte Augen und Haut mit viel Wasser spülen
Entsorgung



Verschüttetes mit Chemikalienbinder Rotisorb aufnehmen
Gebrauchtes Rotisorb wird in einem speziellen Abfallbehälter gesammelt
Lösungen werden im Lösungsmittelabfallkanister gesammelt und im Reststofflager zur
Entsorgung abgegeben
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Arbeitsanweisung für die Umsetzung
 Aufbau einer 500 ml Rührapparatur mit Rührkolben, Heizpilz mit Hebebühne,
KPG-Rührer, Rührmotor, Thermometer, Kugelkühler, und Tropftrichter
 In dem Rührkolben werden 33,0 g 4-Aminophenol in 100 mL dest. Wasser
suspendiert.
 Unter Rühren werden ohne Kühlung innerhalb von 15 min 37 mL
Essigsäureanhydrid zugetropft.
 Anschließend wird bei weiterem Rühren auf 90°C erhitzt und die Temperatur
15 min gehalten
 Anschließend wird mit einem Eiswasserbad auf 20°C abgekühlt.
 Das auskristallisierte Rohprodukt wird über eine Porzellannutsche abgesaugt,
verbleibende Reste mit Mutterlauge aus dem Kolben auf die Nutsche gespült.
 Nun wird zweimal mit je 50 mL dest. Wasser gewaschen.
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Arbeitsanweisung für die Umkristallisation
 Das Rohprodukt wird in einem 600 mL-Becherglas mit 220 mL dest.
Wasser versetzt und unter Rühren mit dem Magnetrührer auf 90°C
erhitzt.
 Dabei löst sich das 4-Acetaminophenol auf.
 Nun wird zur Adsorption von Verunreinigungen 5 g gekörnte
Aktivkohle zugesetzt und ca. 5 min bei 90°C - 95°C gerührt
 Anschließend wird die Mischung durch einen vorgewärmten Trichter
mit Faltenfilter rasch in ein sauberes 400 mL-Becherglas filtriert.
 Das Filtrat wird unter Rühren auf 20°C abgekühlt und die Ausfällung
abgesaugt.
 Das Produkt wird zweimal mit je 50 ml dest. Wasser gewaschen, gut
abgepresst, in eine tarierte Porzellanschale gefüllt und bei 120°C
ca. 1.5 h bis zur Massenkonstanz getrocknet.
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Auswaage und Ausbeute
Messwerte:




m(4-Aminophenol)
M(4-Aminophenol)
m(Paracetamol / ist)
M(Paracetamol)
=
=
=
=
33.0 g,
109.1 g/mol
.................
151 g/mol
Berechnung der theoretisch zu erzielenden Masse an Paracetamol
M(Paracetamol) : M(4-Aminophenol) = m(Paracetamol) : m(4-Aminophenol)
m(Paracetamol / theoretisch) =
......................
Berechnung der Ausbeute an Paracetamol
Ausbeute = m(Paracetamol / ist) : m(Paracetamol / theoretisch) · 100%
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Arbeitsanweisung für die
fotometrische Reinheitsbestimmung
 ca. 200 mg Paracetamol werden analytisch genau abgewogen, mit
20 ml Methanol in einen 250 ml Messkolben gespült und aufgelöst.
 Der Messkolben wird mit dest. Wasser aufgefüllt.
 Die hergestellte Lösung wird 1:100 verdünnt, indem mit einer
Kolbenhubpipette 1 ml in einen 100 ml Messkolben pipettiert und
dieser mit dest. Wasser aufgefüllt wird.
 Die Extinktion wird im Fotometer bei einer Wellenlänge von 242 nm
gegen dest. Wasser als Blindwert gemessen.
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Berechnung der Reinheit des
Paracetamols bei der Fotometrie
Messwerte
Einwaage
Extinktion
Extinktionskoeffizient
Küvettendicke
Verdünnungsfaktor (FA)
Kolbenvolumen
=
=
=
=
=
=
............... mg
................
0.06380 L/mg  cm
1 cm
100
0.25 L
Berechnung der Massenkonzentration
Lambert Beersches Gesetz:
E = Extinktionskoeffizient  Massenkonzentration  Küvettendicke
Berechnung der IST-Masse an Paracetamol
IST-Masse = Massenkonzentration  FA  Kolbenvolumen
Berechnung der Reinheit des Paracetamols
% Reinheit = IST-Masse : Einwaage
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
100 %
Arbeitsanweisung für die
Reinheitsbestimmung am HPLC
 ca. 200 mg Paracetamol werden analytisch genau abgewogen, mit
Methanol in einen 100 ml Messkolben gespült und aufgelöst.
 Der Messkolben wird mit Methanol aufgefüllt.
 Die hergestellte Stammlösung wird 1:20 verdünnt, indem mit einer
Vollpipette 5 ml in einen 100 ml Messkolben pipettiert und dieser mit
Methanol aufgefüllt wird.
 Diese Lösung wird mit Hilfe einer Spritze und einer 20 l
Probenschleife in das HPLC injiziert.
 Die am HPLC erhaltene Peakfläche wird ausgewertet.
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Berechnung der Reinheit
des Paracetamols bei der HPLC
Messwerte
Einwaage
Peakfläche
Responsefaktor
Kolbenvolumen
Verdünnungsfaktor (FA)
=
=
=
=
=
............... mg
...............
1.810  10-4 mg/L  Counts
0.1 L
20
Berechnung der Massenkonzentration
ß (Paracetamol) = Responsefaktor  Peakfläche
Berechnung der IST-Masse an Paracetamol
IST-Masse = ß(Paracetamol)  FA  Kolbenvolumen
Berechnung der Reinheit des Paracetamols
% Reinheit = IST-Masse : Einwaage
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
100 %
Arbeitsanweisung für
die Schmelzpunktbestimmung
 Das Schmelzpunktröhrchen wird gefüllt, indem der offene Schenkel in die Substanz
eingedrückt wird.
 Nun klopft man vorsichtig auf eine harte Unterlage, bis die Substanz sich am Boden des
Röhrchens befindet.
 Dieser Vorgang wird wiederholt, bis sich ca. 3 – 5 mm Substanz in dem Röhrchen
befinden.
 Zur Feststellung des ungefähren Schmelzpunktes wird nun sehr schnell aufgeheizt.
 Nachdem ein neues Röhrchen mit Substanz eingesetzt wurde, wird ca. 10°C unter
dem vermuteten Schmelzpunkt begonnen aufzuheizen.
 Die Heizrate sollte ca. 1°C / min betragen
 Schwankungen der Heizrate sollten vermieden werden.
Der Schmelzpunkt eines Stoffes ist erreicht, wenn die erste
meniskusbildende Flüssigkeit entsteht
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Ergebnisse des Versuchs
Anzugeben sind:




Die Auswaage an getrocknetem Paracetamol in Gramm und die
Ausbeute in Prozent bezogen auf das eingesetzte 4-Aminophenol
Die bei der Gehaltsbestimmung am Fotometer eingesetzte Masse
an Paracetamol, die gefundene Extinktion und die daraus
resultierende Reinheit
Die bei der Gehaltsbestimmung am HPLC eingesetzte Masse an
Paracetamol, die gefundene Peakfläche und die daraus
resultierende Reinheit
Der Schmelzpunkt des Paracetamols
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Ergebnissdokumentation
Ausbeute an Paracetamol:
...................%
Reinheit des Paracetamols am Fotometer:
...................%
Reinheit des Paracetamols am HPLC:
...................%
Schmelzpunkt des Paracetamols:
...................°C
Name:
...................
Sollwerte:
Ausbeute:
Reinheit Fotometer:
Reinheit HPLC:
Schmelzpunkt:
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............%
............%
............ %
............°C
Note: