Kemisk syntese: hovedpinetablet [Jan. 2011] - Simon Traberg-Larsen

simon.traberg.larsen.dk

Kemisk syntese: hovedpinetablet [Jan. 2011] - Simon Traberg-Larsen

Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Indholdsfortegnelse

Indledning .................................................................................................................................................................................................... 4

Projektbeskrivelse ................................................................................................................................................................................... 5

Problemanalyse ................................................................................................................................................................................... 5

Problemformulering ......................................................................................................................................................................... 5

Projektafgræsning .............................................................................................................................................................................. 6

Litteraturliste ........................................................................................................................................................................................ 6

Tidsplan ................................................................................................................................................................................................... 7

Teori og baggrundsstof ......................................................................................................................................................................... 8

Kemisk syntese .................................................................................................................................................................................... 8

Omkrystallisation og rensning ..................................................................................................................................................... 9

Smeltepunktsbestemmelse ............................................................................................................................................................ 9

Tyndtlagschromatografi (TLC) .................................................................................................................................................... 9

Spektroskopi ...................................................................................................................................................................................... 10

IR ......................................................................................................................................................................................................... 10

HNMR ................................................................................................................................................................................................ 11

MS ....................................................................................................................................................................................................... 11

Acetylsalicylsyre .................................................................................................................................................................................... 12

Industriel fremstilling ................................................................................................................................................................... 12

Flowdiagram til fremstilling ...................................................................................................................................................... 13

Forklaring / flowdiagram 1 ................................................................................................................................................... 14

Forklaring / flowdiagram 2 ................................................................................................................................................... 15

Forklaring / flowdiagram 3 ................................................................................................................................................... 15

Sikkerhedsformular ........................................................................................................................................................................ 16

Beregninger og resultater ................................................................................................................................................................ 17

Udbytte .................................................................................................................................................................................................. 17

TLC........................................................................................................................................................................................................... 17

Smeltepunktsbestemmelse ......................................................................................................................................................... 18

IR og HNMR ......................................................................................................................................................................................... 19

Dokumentation og argumentation .............................................................................................................................................. 21

Anvendelse af acetylsalicylsyre ................................................................................................................................................ 21

2 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Blandingsforhold ........................................................................................................................................................................ 21

Farvevalg ......................................................................................................................................................................................... 22

Dimensioner og vægt ................................................................................................................................................................ 22

Tværfaglighed ............................................................................................................................................................................... 23

Konklusion................................................................................................................................................................................................ 24

Perspektivering................................................................................................................................................................................. 24

Besvarelse af problemformulering ......................................................................................................................................... 24

Kvalitet af arbejde ........................................................................................................................................................................... 25

Produkts opfyldelse af krav................................................................................................................................................... 25

Evaluering ................................................................................................................................................................................................. 26

Projektforløb ...................................................................................................................................................................................... 26

Gruppearbejde................................................................................................................................................................................... 26

Synteseprodukt ................................................................................................................................................................................. 26

Slutprodukt ......................................................................................................................................................................................... 26

Litteraturliste .......................................................................................................................................................................................... 27

Bilag ............................................................................................................................................................................................................. 28

IR og HNMR ......................................................................................................................................................................................... 28

IR ......................................................................................................................................................................................................... 28

HNMR ................................................................................................................................................................................................ 29

Afsluttet tidsplan .............................................................................................................................................................................. 30

3 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Indledning

Hovedpinepiller har i løbet af de sidste 100 år undergået en transformation, der har normaliseret

brugen af smertelindrende medikamenter. I dag anvendes hovedpinepiller og -væsker dagligt af

tusindvis af mennesker verden over, og kan siges at være redning for både stressramte arbejdere og

mennesker med influenza i almindelig forstand (og naturligvis alt i mellem).

Verdens første hovedpinepille blev opfundet i slutningen af det nittende århundrede af den tyske

kemiker Felix Hoffmann, oprindelig tiltænkt som et middel mod leddegigt. Pillen var revolutionerende:

ikke kun i form af de funktioner den medbragte, men selve produktionsmetoden - kemisk syntese - var

et gennembrud inden for medicinalindustrien.

Produktet blev kaldt Aspirin, og sælges stadigvæk i dag. Rent faktisk er Aspirin en gigantisk indtægtskilde

for medicinalfirmaet Bayer, der hvert år producerer 12,5 milliarder Aspirin-tabletter. Felix Hoffmann

er imidlertid blevet fejlagtigt krediteret for opfindelsen af det aktive stof, acetylsalicylsyre,

selvom det var den franske kemiker Charles Frederic Gerhardt, der i 1853 for første gang i verdenshistorien

med succes syntetiserede dette.

Hovedpine kan være en stor gene i hverdagen, fordi den med sit stramme tag om hovedet, forvolder

koncentrationsreducerende smerter, og kan blive ”hængende” i op til flere dage. Særligt børn i aldersgruppen

5 - 15 er hårdt ramt af hovedpine, og en undersøgelse har også vist, at hvert tredje barn i

skolealderen klager over hyppigt tilbagevendende hovedpine. 1

Hovedpinen kan skyldes flere ting: mest almindeligt er støj, stress, og sygdom. Men udover at børn

rammes af hovedpine, hvilket påvirker deres indsatsevne i skolen, har de også problemer med at

indtage medicin mod smerterne. 2, 3, 4 I dette projekt kaldet ”Kemisk syntese” løser vi - en procesgruppe

fra Odense Tekniske Gymnasium - det ukendte men allestedsnærværende problem, at mange børn i

aldersgruppen 5 - 15 år ikke har lyst til at indtage medicin (enten i form af piller, tabletter eller

væsker).

I rapporten redegør vi for, hvordan vi vha. koblingen Kommunikation/it og Proceskemi løser denne

problemstilling. I næste kapitel fremgår projektbeskrivelsen, hvori man alle detaljer omkring

projektet, herunder f.eks. problemformulering, planlægning og litteratur.

God læselyst!

1 http://www.sairaslapsi.com/frame.cfm/cms/id=669/sprog=1/grp=2/menu=1/

2 http://www.kidsgrowth.com/resources/articledetail.cfm?id=428

3 http://www.rigshospitalet.dk/NR/rdonlyres/E6D1145B-1C67-452A-BFD0-

3DDDDAA8FF2E/0/NaarIskalgivebarnetmedicin.pdf

4 http://www.netsundhedsplejerske.dk/artikler/index.php?option=laes&type=ARTIKLER&id=20

4 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Projektbeskrivelse

Problemanalyse

Vi har valgt at arbejde med det aktive, smertestillende stof, acetylsalicylsyre, set i et formidlingsmæssigt

og kommunikativt perspektiv.

Mange børn i alderen 5-15 år kan have svært ved at sluge smertestillende tabletter, fordi de føler

ubehag ved denne måde at indtage pillerne på. At børnene fra en tidlig alder får negative associationer

over for det, at skulle sluge piller, kan medføre, at de får svært ved at indtage andre typer medicin.

Der findes dog et alternativ til de almindelige tabletter: brusetabletten. Denne type tablet opløses i

væske, og forbrugeren undgår dermed den ubehagelig fornemmelse ved sluge den. Men børn finder

det, trods alternativet, stadig ubehageligt, at indtage medicinen.

Vi vil forsøge at ændre på opfattelsen af medicin, ved at justere på dets former, farver etc. På den måde

kan man muligvis ændre børns vaner i forhold til indtagelse af medicin.

Der findes mange alternativer til den almindelige pille, væsker, gele-lignende konsistenser osv., men

de har heller ikke haft stor succes blandt børn. Vi vil ikke tage afstand fra den almindelig tablet-form -

vi vil derimod forsøge en ny tilgangsvinkel, og kombinere tabletten med en grad af barnlighed og underholdning.

Problemformulering

Vi vil gøre den smertestillende tablet sjov/ tillokkende for børn at indtage.

Hvordan fremstiller man en tablet, som børn vil indtage?

Hvorfor ønsker nogle børn ikke at indtage tabletter?

Hvilke analyser er relevante at bruge på produktet?

Hvilke stoffer/kemikalier er godkendt til medicinalbrug (herunder farvestoffer, organiske forbindelser

osv.)?

Hvordan kan det smertestillende stof acetylsalicylsyre fremstilles?

Hvordan oprenses de aktive stoffer i smertestillende produkter?

5 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Projektafgræsning

Projektet går ud på at fremstille brusetabletter af acetylsalicylsyre, og desuden farvestoffer, som skal

farve væsken og give børn positive associationer til andre læskedrikke. Projektet bliver et samspil

mellem proceskemi og kommunikation/it A-faget. Derfor vil vi beskæftige os med emner som: kemisk

syntese, medicinalformidling, kommunikativ signalværdi, medicin og sundhed, kemiske metoder og

analyser og evt. emballagedesign i tilknytning til Design B-faget.

Vi forventer, at bruge følgende analyser på synteseproduktet:

TLC

Reaktionsproduktets indhold af salicylsyre

Reaktionsproduktets indhold af acetyl salicylsyre

Måling af syrestyrke og vandopløselighed

Smelte- og kogepunktsbestemmelse

Spektrofotometrisk bestemmelse af (acetyl) salicylsyre

IR og HNMR (analyser foretages på SDU)

(Densitetsbestemmelse)

Nedenfor fremgår de første krav til synteseproduktet:

Produktet skal have smertestillinde virkning (svær at konstatere).

Produktets renhedsgrad skal være i overensstemmelse med europæiske standarder.

Produktet skal overholde de gældende regler for tilladt indhold af kemiske forbindelser.

Produktet skal appellere til børn i alderen 5 - 15 år.

Produktet skal være en brusetablet.

Produktet kan være formet i forskellige varianter.

Litteraturliste

www.kidsgrowth.com/resources/articledetail.cfm?id=428

KidsGrowth.com

www.rigshospitalet.dk/NR/rdonlyres/E6D1145B-1C67-452A-BFD0-

3DDDDAA8FF2E/0/NaarIskalgivebarnetmedicin.pdf

- rigshospitalet.dk

www.netsundhedsplejerske.dk/artikler/index.php?option=laes&type=ARTIKLER&id=20

- nedsundhedsplejerske.dk

6 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Tidsplan

Nedenfor ses vores planlægning i et Gantt-kort. p = planlagt | u = udført (afsluttes senere i rapporten):

7 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Teori og baggrundsstof

Kemisk syntese

Ordet ”syntese” kommer af det græske ”synthesis” og betyder sammenstillen. Ordet er senere blevet

defineret mere præcist til en ”sammenfatning af forskellige enheder til en helhed.”

Og det er nøjagtig, hvad kemisk syntese går ud på: at igangsætte kontrollerede reaktioner for at fremstille

kemiske produkter, kemiske ”helheder”. I dag forudsætter en kemisk syntese, at processen er

reproducérbar, pålidelig og at den er i stand til at fungere i et hvert laboratorium. Idet man ofte

arbejder med organiske komponenter kaldes processen ”organisk syntese” af mange kemikere.

Acetylsalicylsyre - det aktive stof i brusetabletten - kan syntetiseres ved følgende reaktion mellem

salicylsyre og eddikesyreanhydrid:

+ +

Salicylsyre Eddikesyreanhydrid Acetylsalicylsyre Eddikesyre

C6H4(OH)COOH (CH3CO)2O CH3COO . C6H4 . COOH CH3COOH

Salicylsyre består af en orto-substitueret cyklisk carbonforbindelse - en aromatisk forbindelse, med to

sidegrupper (en carboxylsyregruppe og en hydroxidgruppe) på to nabopositionerede carbon-atomer.

Eddikesyreanhydrid kondenseres med phenol-gruppen (C6H5OH i salicylsyre) og danner esteren i

acetylsalicylsyre.

Acetylsalicylsyre er også en orto-substitueret aromat, hvor OH-gruppen fra salicylsyren er erstattet af

en ester:

Esteren er i den ene ende forbundet til aromaten og til methylgruppen, CH3, i den anden ende.

Hvis man dog glemmer esteren og i stedet betragter CH3CO, som kaldes acetyl, har man forklaringen

på stoffets navn, acetylsalicylsyre: en salicylsyre med en acetyl-gruppe på H’s plads.

8 af 30

Ester


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Omkrystallisation og rensning

Når man arbejder med solide produkter som pulver og krystaller, er der typisk en stor risiko for, at

produktet er forurenet og indeholder uønskede komponenter. En forurening kan finde sted, hvis en

krystallisation forløber for hurtigt, ved for voldsom omrøring eller ved for hurtig nedkøling. Desuden

er det vigtigt at sørge for, at det ønskede produkt udvaskes af en opløsning, som forureningerne og

andre kemikalier er tungtopløselige i.

Selvom man har taget sine forholdsregler, og krystallisationen er forgået under så sterile forhold som

muligt, er det meget almindeligt, at man vælger at omkrystallisere produktet for at fjerne alle

forureninger. En omkrystallisation igangsættes først ved at opvarme produktet i en opløsning, hvori

de uønskede kemikalier ikke kan opløses. Imens opløsningen er varm / lun filtreres den, så

forureningen adskilles fra produktet. Herefter kan opløsningen igen langsomt køles ned under rolig

omrøring. Nedkølingen nedsætter opløsningens kapacitet, og dermed overmættes den og produktet

udfældes som krystaller.

Smeltepunktsbestemmelse

Sommetider er det ikke nødvendigt, at foretage en eller flere omkrystallisationer, hvis synteseproduktet

har en meget høj renhedsgrad efter første krystallisation. Der findes flere metoder til at

bestemme et stofs renhedsgrad. Én af dem er ved en smeltepunktsbestemmelse. Hér benytter man den

viden, at et stofs smeltepunkt falder, hvis det er forurenet. Dette skyldes, at forureninger kan skabe

elektronforstyrrelser og -flytninger i molekylestrukturer, og gøre de intramolekylære bindinger svagere.

I praksis påfører man sit synteseprodukt, et 100 % rent produkt og evt. sit enkelt- og/eller dobbeltomkrystalliserede

synteseprodukt på meget tynde glasrør. Disse indsættes i smeltepunktsbestemmeren,

som opvarmer de tre rør med samme temperatur. Under opvarmningen holdes der øje

med, hvornår de enkelte produkter begynder at smelte. Hvis smeltepunktet er lavere end de

(aner)kendte tabelværdier er der tale om en forurening og hvis smeltepunktet svarer til værdierne, er

der tale om et meget rent produkt.

Det kan også ske, at smeltepunktet er meget højere end forventet, og så kan det muligvis skyldes, at

forureningen er et iongitter - f.eks. et salt - hvilket ofte har et ekstremt højt smeltepunkt (

).

Tyndtlagschromatografi (TLC)

En anden metode til at bestemme renheden af et stof er vha. den meget anvendte TLC-metode. TLC

står for tyndtlagschromatografi, hvor ”chromatografi” er navnet på den generelle teknik til at adskille

stoffer i en opløsning.

I TLC udnytter man stoffers forskellige polaritet (dvs. elektronegativitet)

til at adskille dem. Man påfører sit opløste synteseprodukt

på en såkaldt TLC-plade - en plade, typisk lavet af plastic, med et

adsorberende materielle på (ofte silica-gel eller kiesel-gel) - sammen

med en anden opløsning af det 100 % rene stof og evt. flere stoffer,

der kan sættes i forbindelse med synteseproduktet. Herefter placeres

9 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

TLC-pladen i et bægerglas eller lignende, hvori der er hældt en solvent (også kaldet ”løbevæske” og

”mobil fase”), som analysestofferne er opløselige i.

Jo mere opløseligt et stof er i solventen, jo længere vil det givne stof ”vandre” / bevæge sig op ad TLCpladen,

efterhånden som TLC-pladen absorberer solventen (samme fænomen, når køkkenrullepapir

rør væske). Når chromatografien er tilendebragt, undersøger man, om ens synteseprodukt har

”vandret” lige så langt som det 100 % rene stof af - forhåbentligt - samme molekylestruktur. Det ville

nemlig betyde, at synteseproduktet er lige så opløseligt i solventen som referencestoffet, og dermed

kan man tale om en høj renhedsgrad.

Spektroskopi

Når man har fremstillet et synteseprodukt, hvor man formoder, at indholdet svarer til det ønskede, er

der endnu en analyse man kan benytte sig af. Denne analyse, spektroskopi, kan være med til at angive

præcist, hvordan stoffet er molekylært opbygget.

Begrebet ”spektroskopi” betyder måling og studie af spektre, og kan forklares som fordelingen af

intensitet som funktion af energien i de udsendte partikler. I praksis beskyder man analysestoffet med

elektromagnetisk stråling (med forskellige bølgelængder), for at observere stoffets respons.

Der findes flere typer spektroskopi. Nogle kendte er:

IR

IR er forkortelsen for ”Infrared” (på dansk: infrarød) og betyder således beskydning med elektromagnetisk

stråling i bølgelængdeområdet omkring 700 nm (IR-A) til 1 mm (IR-C).

For at forstå, hvorfor man beskyder et stof med infrarød stråling, skal man først forstå, at alle

bindinger og led i et molekyle vibrerer. Efter beskydning med infrarødstråling, kan man plotte et såkaldt

spektrum, der viser vibrationerne - også kaldet stræk og bøj. Ud fra disse, er man i stand til tilnærmelsesvist

at kortlægge molekylets indhold af funktionelle grupper. Dog kan et IR-spektrum

umiddelbart ikke fortælle noget om de funktionelle gruppers placering i forhold til hinanden.

Nedenfor ses et eksempel på et IR-spektrum.

10 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

HNMR

HNMR er forkortelsen for ”Hydrogen Nuclear Magnetic Resonance” (på dansk: kernemagnetisk resonans

for protoner / H-atomer).

Med HNMR er man i stand til at formgive det ukendte molekyle. I et HNMR-spektrum vises alle de

typer H-atomer, der er til stede i molekylet, hvor mange der er af dem, og hvor mange ”naboer” de har.

Inden man bruger HNMR er det vigtigt at forstå, hvordan det virker. Omkring enhver atomkerne

bevæger der sig et vist antal elektroner, der alle er negativt ladet. Deres negative ladning kombineret

med atomkernens positive ladning, samt elektronernes hastige rotation skaber små spændinger og

magnetfelter. Magnetfelterne er både med til at holde atomerne i et molekyle sammen OG separere

dem fra hinanden. Et molekyle har således et helt unikt magnetfelt.

Når man påvirker dette magnetfelt med et andet kan man måle, hvor stor modstanden er. Dér, hvor

modstanden er stor er der ingen elektronmæssig asymmetri omkring et atom, og således er

magnetfeltet stærkt. Når modstanden er lille, er elektronfordelingen ulige, asymmetrisk og påvirket af

andre magnetiske kræfter, og resultatet er et svagt magnetfelt.

Alt dette kan måles og plottes i et HNMR-spektrum, hvor det er muligt at aflæse, hvordan magnetfelterne

er i det givne stof optræder. Analysen gør det muligt at vurdere, hvor mange H-atomer, der er til

stede, i hvilke funktionelle grupper de sidder, og hvordan de sidder i forhold til hinanden. Hvis man

forener resultaterne fra HNMR og IR kan man således med næsten 100 % nøjagtighed bestemme et

stofs indhold.

MS

MS er forkortelsen for ”Mass Spectrometry”. Idéen er, at et stof udsættes for et elektronbombardement,

hvorved nogle af molekylerne spaltes til ioner. Ionerne accelereres ind i et magnetfelt,

som inddeler ionerne efter deres masse-til-ladning forhold (m/e). Hvis der er nogle ioner, der ikke

afbøjes i magnetfeltet, bliver disse registreret af en tællende detektor.

Et MS-spektrum kan bruges til at beregne, hvor stort stoffet er.

11 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Acetylsalicylsyre

Industriel fremstilling

I industrien fremstilles acetylsalicylsyre ved reaktionen mellem salicylsyre og eddikesyreanhydrid -

reaktionen er også mulig med eddikesyre, men den forløber langsommere og udbyttet er mindre.

Eddikesyreanhydrid kan fremstilles enten ved en reaktion mellem carbonmonoxid og methylacetat:

Eller ved reaktionen mellem ethenone (ketene) og eddikesyre ved ca. 50 °C og lavtryk (0,05 - 0,2 bar):

Man diskuterer stadigvæk i dag, om det kan betale sig at benytte sig af det væsentligt dyrere eddikesyreanhydrid

i stedet for eddikesyre. Fordelene ved eddikesyreanhydrid er:

Stort udbytte

Hurtig reaktion

+

Methylacetat Carbonmonoxid Eddikesyreanhydrid

CH3COOCH3 CO (CH3CO)2O

+

Ethenone Eddikesyre Eddikesyreanhydrid

H2C=C=O CH3COOH (CH3CO)2O

Intet behov for yderligere katalysatorer, som f.eks. svovlsyre.

Ulempen er naturligvis prisforskellen. Baseret på priser fundet på internet-butikker, er literprisen på

eddikesyreanhydrid ca. 5 - 7 gange højere.

Salicylsyre kan f.eks. fremstilles ved at lade carbondioxid reagere med natriumphenolat ved 125 °C og

et carbondioxidtryk på mindst 5 atm eller ved biosyntese fra aminosyren phenylalanin.

12 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Flowdiagram til fremstilling

13 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Forklaring / flowdiagram 1

I flowdiagrammet på forrige side, tager vi udgangspunkt i den udleverede øvelsesvejledning for

fremstilling af acetylsalicylsyre. Først blandes salicylsyre, eddikesyreanhydrid og konc. svovlsyre i et

60˚C vandbad. Vandbadet muliggør blanding uden overmætning af opløsningen, og dermed undgår vi

for tidlig krystallisation.

Efter blandingen igangsættes krystallisationen ved mild nedkølning. Når udfældningen er fuldent

vaskes stoffet med vand, og filtreres herefter. Produktet er acetylsalicylsyre.

I tilfælde af, at vi ønsker at omkrystallisere synteseproduktet, kan det foregå i henhold til følgende

flowdiagram:

14 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Forklaring / flowdiagram 2

Acetylsalicylsyre blandes med ethanol i et vandbad på 75˚C. Ethanolens funktion er, at rense

acetylsalicylsyren for urenheder, så det endelige produkt er så rent som muligt. Efter blandingen

afkøles opløsningen så acetylsalicylsyre udfældes. Til sidst tørres produktet for væske.

Vores færdige synteseprodukt skal anvendes i en brusetablet, og denne fremstilling kan foregå i

henhold til følgende flowdiagram:

Forklaring / flowdiagram 3

Når NaHCO3 (natron) og acetylsalicylsyre opløses i vand, reagerer de med hinanden med en brusende

effekt. Reaktionsskemaet ser sådan ud:

CH3COO·C6H4·COOH + NaHCO3 CH3COO·C6H4·COO - + H + + Na + + HCO3 -

og

CH3COO·C6H4·COO - + Na + + H2CO3

Da H2CO3-molekylet er meget ustabilt pga. dets lave bindingsenergi spaltes det hurtigt til:

hvor CO2 skaber den brusende effekt.

H2CO3 H2O + CO2

15 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Sikkerhedsformular

Kemikalier Fareklasser Risikosætninger Sikkerhedssætninger

Konc. svovlsyre, 98 %

35: Alvorlig æts- 26: Kommer stoffet i øjnene, skyl-

H2SO4

ningsfareles

straks grundigt med vand og

læge kontaktes

30: Hæld aldrig vand på eller i

produktet

45: Ved ulykkestilfælde eller ved

ildebefindende er omgående lægebehandling

nødvendig, vis etikken,

hvis det er muligt.

Salicylsyre

22: Farlig ved indta- 22: Undgå indånding af støv

gelse

24: Undgå kontakt med huden

41: Risiko for alvor- 26: Kommer stoffet i øjnene, skyllig

øjenskade les straks grundigt med vand og

læge kontaktes

39: Brug beskyttelsesbriller/ansigtsskærm

under arbejdet

Eddikesyreanhydrid

10: Brandfarlig 26: Kommer stoffet i øjnene, skyl-

20/22: Farlig ved les straks grundigt med vand og

indånding og ved læge kontaktes

indtagelse

36/37/39: Brug særligt arbejd-

34: Ætsningsfare støj, egnede beskyttelseshandsker

og -briller/ansigtsskærm.

45: Ved ulykkestilfælde eller ved

ildebefindende er omgående lægebehandling

nødvendig, vis etikken,

hvis det er muligt.

Ethanol

11: Brandfarlig 7: Emballagen skal holdes tæt

lukket

16: Holdes væk fra antændelseskilder

- Rygning forbudt

NaHCO3 (Natron)

Arbejdspraksis

Sikkerhedsbriller

Kittel

Handsker

Støvmaske

Stinkskab

Ansigtsskærm

-- -- --

16 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Beregninger og resultater

Udbytte

Vi udførte sammenlagt to produktioner af acetylsalicylsyre, hvor den første var en minutiøs

replikation af øvelsesvejledningen og den anden var en opskaleret produktion. I dette afsnit tages der

udgangspunkt i den første produktion.

Af 10,0g salicylsyre og 15ml eddikesyreanhydrid opnåede vi et udbytte på 10,08g acetylsalicylsyre

(uden ydereligere omkrystallisation). For at bestemme det maksimale (teoretiske) udbytte kan man

bruge mængdeberegning:

(

og og

Idet reaktanter og produkter er ækvivalente (og har molforholdet 1:1) bliver beregningerne således:

n

(mol)

m

(g)

M

( ⁄ )

Salicylsyre + Eddikesyreanhydrid Acetylsalicylsyre + Eddikesyre

0,072

10,00

138,12

1:1


1:1


1:1


0,072

17 af 30

1:1


1:1


1:1


Altså et maksimalt udbytte 12,97g. Dermed har vi opnået et udbytte på:

0,072

12,97

180,16

)

1:1


1:1


1:1


0,072

TLC

Vi udførte flere TLC-analyser for at sammenligne renhedsgraden af synteseproduktet både før og efter

hhv. én og to omkrystallisationer. Konklusionen var, at en omkrystallisation i virkeligheden ikke var

nødvendig, fordi produktet var meget rent umiddelbart efter produktionen. Nedenfor fremgår dokumentation

af TLC-analyserne (R = Råstof, 2 = 2. omkrystallisation, A = acetylsalicylsyre, S =salicylsyre):


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Som det kan ses på TLC-pladerne, er vores synteseprodukt næsten lige så rent som det 100 % rene

acetylsalicylsyre, skolen udleverede. Og flere omkrystallisationer gjorde desuden ikke produktet

renere.

Smeltepunktsbestemmelse

Udover TLC-analyserne, der kunne påpege at vores synteseprodukt havde en høj renhedsgrad,

forsøgte vi også at lave en smeltepunktsbestemmelse. Stofferne, der blev målt på, var skolens 100 %

rene acetylsalicylsyre, vores råprodukt både før og efter hhv. én og to omkrystallisationer.

Forsøget endte med disse resultater:

Acetylsalicylsyre

(100 %)

Råprodukt f.

omkrystallisation

18 af 30

1.

omkrystallisation

2.

omkrystallisation

(°C) 135°C Ca. 115°C Ca. 120°C 135°C

(°C) 133°C 127°C 134°C 134°C

Med udgangspunkt i Merck Index antog vi, at 100 % rent acetylsalicylsyre smelter ved 135°C. Det viste

sig imidlertid, at de stoffer, der kom tættest på denne værdi var vores synteseprodukt efter første og

anden omkrystallisation - de smeltede begge ved 134°C. Nedenfor ses et billede af

smeltepunktsbestemmelsen (man kan se de tre milimetertynde glasrør, der indeholder forskellige

varianter af acetylsalicylsyre):


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

IR og HNMR

For at undersøge nøjagtig, hvad vores synteseprodukt indeholdte, sendte vi to prøver af stoffet til

Syddansk Universitet, hvor man brugte tidligere omtalte IR (Infrared) og HNMR (Proton Nuclear

Magnetic Resonance).

Vha. af spektrene fra disse analyser, var vi i stand til tilnærmelsesvist at kortlægge vores producerede

stof indhold, samt vurderer mængden af evt. forurening. Nedenfor fremgår spektre for IR og HNMR

(større udgaver med bedre detajleklarhed findes i bilag):

Nedenfor har vi analyseret IR-spektret:

19 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

IR-spektret kan hjælpe os med, at afklare hvilke funktionelle grupper, der befinder sig i vores

synteseprodukt. Vi er kun i stand til at foretage en approksimerende konklusion, idet nogle af de

såkaldte ”stræk og bøj” i spekret kan være tvetydige.

Overordnet ser det dog ud til, at vores stof indeholder de funktionelle grupper, som acetylsalicylsyre

bør indeholde. Vi har fundet tegn på en carboxylsyre, som sidder i forbindelse med en orthosubstitueret

aromat, hvorpå der er forbundet en ester og en alkylgruppe:

Carboxylsyre

Ortho-substitueret aromat

Desuden påpegede HNMR-analysen også, at der befandt sig tre ”forskellige” H-atomer i molekylet. Der

var tale om:

H-atomerne i alkylgruppen

H-atomerne i aromaten

H-atomet i carboxylsyren

HNMR-spektret skildrede desuden H-atomerne i aromaten forskelligt, idet to af dem var påvirket af ét

nabo H-atom (blev afbilledet som dupletter), mens de to andre var påvirket af op til to nabo H-atomer

(afbilledet som tripletter). Disse søjler lå i området 7,1 - 8,1, mens tripletten ved δ-værdien 2,348

repræsenterer H-atomerne i alkylgruppen (integralet er beregnet til 3,0). Carboxylsyren er afbilledet

ved δ-værdien 7,915.

Søjlen ved 7,259 repræsenterer opløsningsmidlet, og er derfor uinteressant i denne sammenhæng.

20 af 30

Ester

Alkylgruppe


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Dokumentation og argumentation

Anvendelse af acetylsalicylsyre

Efter fremstillingen af acetylsalicylsyre og med vished om, at vi havde opnået en høj renhedsgrad,

begyndte vi at eksperimentere med, hvordan synteseproduktet kunne inkorporeres i et helstøbt,

afsætteligt produkt. Som en del af vores projektbeskrivelse ønskede vi at fremstille en brusetablet.

Under fremstillingen sammenlignede vi vores brusetablet med en Treo ® brusetablet. Primært ønskede

vi at finde et optimalt blandingsforhold, dvs. en tilpas balance mellem opløsningshastighed og

opløsningskvalitet (dvs. skum og uopløste tabletrester).

Blandingsforhold

Vi afprøvede et utal af kombinationer, hvoraf mange ingen effekt havde. Nedenfor fremgår et udpluk af

disse kombinationer:

Acetylsalicylsyre Natron

Sprængmiddel

(stivelse / agar)

21 af 30

Glittemiddel Bindemiddel

(stivelse)

0,5g 1,3g 0,3g -- 0,15g

0,5g 1,3g 0,3g -- 0,0g

Resultat

(tid vs. kvalitet)

20 sek.

Lav kvalitet

45 sek.

Høj kvalitet

Som det fremgår af disse blandingsforhold, eksperimenterede vi meget med bindemidlet (stivelse).

Det viste sig at have afgørende betydning for, hvor hurtigt tabletten blev opløst. Problematikken lå i, at

bindemidlet tilsyneladende også fungerede som sprængmiddel.

Eftersom kvalitet var højere prioriteret end hastighed, valgte vi løsningen uden bindemiddel.

Se billeder nedenfor:

Med bindemiddel Uden bindemiddel


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Farvevalg

Brusetablettens målgruppe er børn i aldersgruppen 5 - 15 år, og dermed er der særlige designmæssige

og udformningsmæssige krav, der gør sig gældende.

Børn har som udgangspunkt et andet forhold til begreber som ”kemi”, ”medicin” osv., og det er typisk

emner, der overdrives inden tegnefilmsmediet. Mange børn forbinder således kemiske reaktioner med

farver, lyde, bevægelser og energi. Af den grund var det vigtigt for os, at produktet var designet i

overensstemmelse med børns associationer til kemi og medicin.

Vi udpegede tre farver, som vi mente aktiverer særlige, positive og barnlige minder hos børn:

Den gule farve repræsenterer dog et naturligt advarselssignal, hvilket er det modsatte af, hvad vores

produkt skal udtrykke. Den blå farve var dermed et godt alternativ, men hvis opløsningen skulle minde

om en læskedrik, var farven ikke optimal. Således vandt rød over blå og gul.

Dimensioner og vægt

Hvad angik brusetablettens form, størrelse og vægt var det en svær balancegang mellem de

nødvendige ingredienser i det altafgørende blandingsforhold og det ergonomiske, komfortable og

brugervenlige. Brusetabletten skulle være indbydende, intuitiv og sjov - men ikke på bekostning af

funktion. Derfor tog vi udgangspunkt i en Treo ® brusetablet, som indeholder 500mg acetylsalicylsyre

og som vejer ca. 2,3g. Vores brusetablet har en slutvægt på 2,2g.

22 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Tværfaglighed

Fremstillingen af brusetabletten var en disciplin på tværs af forskellige fag. Der har indgået faglige

elementer fra både proceskemi, kommunikation/it og design.Proceskemi har naturligvis bidraget med

kemisk viden, laboratoriske teknikker og problemløsning på et naturvidenskabeligt grundlag, mens

kommunikation/it og design har indgået i udformningen af tabletten, æstetik, målgruppeanalyse og

-bevidsthed og farvers signalværdi. Sammenlagt har vi skabt et produkt, der er velovervejet i flere

dimensioner - i det indre såvel som i det ydre.

Fagenes diversitet er således årsagen til, at brusetabletten er et helstøbt og realistisk produkt, som

sagtens kunne sælges kommercielt.

Samarbejdet på tværs af fagene har desuden eksemplificeret, hvordan problemstillinger i

”virkeligheden” bliver løst, og at et produkt sjældent kun undergår én fagekspert. Der er, kort sagt,

mange eksperter bag selv de mest enkle produkter.

Den færdige brusetablet m. farvestof Vores fremstillede acetylsalicylsyre

23 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Konklusion

Perspektivering

Siden begyndelsen af december 2010 og frem til begyndelsen af januar 2011 har vi arbejdet på at

udvikle et medicinalprodukt, der forener funktion og design. Efter en længere optimeringsfase på

projektets nerve - acetylsalicylsyre - har vi formået at fremstille en velfungerende brusetablet, som

eksploderer i en smuk, rød farve når det kommer i kontakt med vand.

Hvis man forestiller sig, at projektet skal realiseres og udføres på samme måde, som man producerer

medicinalprodukter i dag, er der generelt ikke mange ting, der skulle revideres.

Vi har fulgt en øvelsesvejledning, der er identisk med den, man bruger i virksomheder i hele verden.

Og til trods for laboratoriernes og produktionens ringere sterilitet i forhold til mange virksomheders,

har vi opnået et udbytte på næsten 80 % af det teoretisk maksimale. Derudover er vores

synteseprodukt meget rent, hvilket er et tegn på, at procedurerne bag fremstillingen er optimale.

Besvarelse af problemformulering

I projektbeskrivelsen, som De også finder i denne rapport, opstillede vores gruppe en række spørgsmål,

som var vigtige at få besvaret i forbindelse med projektet.

Hvordan fremstiller man en tablet, som børn vil indtage?

Der er mange måder hvorpå man kan appellere til børn, især fordi denne målgruppe er

ekstremt påvirkelig og antiskeptisk over for nye, ukendte produkter. Vi besluttede at kommunikere

med børn via et barnligt, tiltrækkende og ikke mindst opsigtsvækkende design. Det

basale i vores produkt er - bortset fra det aktive stof - farvevalget, som er central i produktets

markedsføring. Brusetablettens røde farve, samt dens fascinerende egenskab i vand, gør den

sjov og interessant for medicin-angste børn.

Hvorfor ønsker nogle børn ikke at indtage tabletter?

Det kan være genetiske tilfældigheder eller en éngangstraume, der gør at nogle børn har store

problemer med at indtage tabletter. Det er som regel en ubegrundet, men ikke desto mindre

ægte, angst for at sluge piller eller drikke opløste brusetabletter. Andre børn finder det ganske

enkelt ubehageligt og usmageligt, hvilket muligvis kan skyldes, at der er for stor fokus på

produktets (f.eks. Treo ®) smag i stedet for dets egentlige funktion: smertelindring.

Hvilke analyser er relevante at bruge på produktet?

Som det fremgår af vores projektbeskrivelse kan man benytte mange analyser. Vi har dog erfaret,

at det tilstrækkeligt med TLC, smeltepunktsbestemmelse, IR, HNMR,

24 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Hvilke stoffer/kemikalier er godkendt til medicinalbrug (herunder farvestoffer, organiske

forbindelser osv.)?

Som udgangspunkt er reglerne for medicin de samme som for almindelige levnedsmidler og

fødevarer. Der er naturligvis undtagelser hvad angår mineraler, vitaminer, enzymer osv., som

ofte kun doseres i meget små mængder. Det er sjældent, at man finder brug af farvestoffer i

medicin, men der er en lang liste over tilladte farvestoffer, hvori vores selvfølgelig indgår.

Hvordan kan det smertestillende stof acetylsalicylsyre fremstilles?

Acetylsalicylsyre kan fremstilles ved reaktionen mellem salicylsyre og eddikesyreanhydrid. Det

er endvidere muligt at erstatte eddikesyreanhydrid med eddikesyre, men reaktionen er både

langsommere og mindre effektiv - af denne grund også billigere.

Hvordan oprenses de aktive stoffer i smertestillende produkter?

Som omtalt i teoriafsnittet renser man faste stoffer ved omkrystallisation. Ved en

omkrystallisation opløser man stoffet i en solvent, som de eventuelle forureninger ikke er opløselige

i. Man filtrerer opløsningen, så forureninger efterlades, hvorefter man igen kan lade

det aktive stof udfældes og blive til fast stof.

Kvalitet af arbejde

Som det fremgår af vores analyser for renheden af acetylsalicylsyre er vores synteseprodukt af meget

høj kvalitet. Både TLC, smeltepunktsbestemmelse, IR og HNMR (som i øvrigt er meget nøjagtige

analyser) viste, at vores produkt i nogle tilfælde var renere end skolens referencestof 5.

Produkts opfyldelse af krav

Produktet skal have smertestillinde virkning (svær at konstatere).

Produktets renhedsgrad skal være i overensstemmelse med europæiske standarder.

Produktet skal overholde de gældende regler for tilladt indhold af kemiske forbindelser.

Produktet skal appellere til børn i alderen 5 - 15 år.

Produktet skal være en brusetablet.

Produktet kan være formet i forskellige varianter.

5 OBS: Der vil altid være usikkerhed forbundet med analyser, og i vores tilfælde, hvor vi har behandlet de involverede stoffer

med forholdsvist lav sterilitet, er der en risiko for, at analyseresultaterne er upræcise.

25 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Evaluering

Projektforløb

Projektforløbet har i høj grad været tilrettelagt så der har været rig mulighed for at eksperimentere i

praksis. Muligheden for at lave kvalitetssikre optimeringer har bevirket, at slutproduktet er af generel

høj kvalitet, og desuden at vi i gruppen har fået stor indsigt i, hvad det vil sige at optimere på et kemisk

produkt.

Undervejs i projektet skulle alle forberede en fremlæggelse omkring faget proceskemi samt udforme

en poster, der redegør for projektet ”Kemisk syntese”. Denne indskudte ekstraopgave trænede vores

formidlingsevner, men forringede desværre laboratoriearbejdet pga. en reduktion i tiden.

Tidsmæssigt forsøgte vi at følge vores individuelle planlægning (De kan se en afsluttet tidsplan i bilag),

men den generelle erfaring er, at teknikfagsfremlæggelserne i uge 1 forsinkede alle senere aktiviteter.

Gruppearbejde

I dette projekt afprøvede vi en ny gruppearbejdsform, hvor vi traf de overordnede beslutninger i én

samlet gruppe på fire mand, mens de mindre opgaver blev afsluttet individuelt. Gruppearbejdet var en

succes, og takket være en god rollesammensætning, varetog vi hver især de opgaver, der passede til

vores styrker.

Synteseprodukt

Det fremstillede synteseprodukt, acetylsalicylsyre var ligeledes en succes. Vi opnåede et udbytte på

næsten 80 % af det teoretisk maksimale, og renhedsgraden var uovertruffen. Dette viste både TLC,

smeltepunktsbestemmelse, IR og HNMR.

Slutprodukt

Takket være muligheden for at arbejde meget praktisk, havde vi rigelig

med tid til at optimere på vores slutprodukt: en rød brusetablet.

Adskillige afprøvninger, forskellige blandingsforhold, optimeringer

m.h.t. til pillepresning osv. gjorde os klogere, og betød at det endelige

produkt var velafprøvet, velfungerende og udført i høj kvalitet.

26 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Litteraturliste

www.kidsgrowth.com/resources/articledetail.cfm?id=428

KidsGrowth.com

www.rigshospitalet.dk/NR/rdonlyres/E6D1145B-1C67-452A-BFD0-

3DDDDAA8FF2E/0/NaarIskalgivebarnetmedicin.pdf

- rigshospitalet.dk

www.netsundhedsplejerske.dk/artikler/index.php?option=laes&type=ARTIKLER&id=20

- nedsundhedsplejerske.dk

www.en.wikipedia.org

- adskillige sider herfra

Merck Index

www.denstoredanske.dk

Gyldendals åbne encyklopædi

27 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

IR og HNMR

IR

Bilag

28 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

HNMR

29 af 30


Simon Traberg-Larsen januar 2011

Proceskemi v. SUH og CHB Odense Tekniske Gymnasium

Afsluttet tidsplan

30 af 30

More magazines by this user
Similar magazines