Aspirinsynthese im Alfried Krupp Schülerlabor
Exkursion zur Universität Bochum am 2. Mai 2014
Text und Fotos: Bettina Freund
Jeder kennt sie, jeder möchte sie schnellstmöglich loswerden: Kopfschmerzen. Bereits im Altertum
nutzte Hippokrates (460-375 v.Chr.) Saft der Weidenrinde als schmerzlinderndes und fiebersenkendes
Mittel. Auch der Spirstrauch, eine Rosaceae, lieferte ähnliche Substanzen. Neues Interesse an dem Stoff entstand, als Napoleons Kontinentalsperre den Import von Chinin aus Peru nach Mitteleuropa verhinderte. Erst im Jahr 1835 konnte die Salicylsäure (von Salix=Weide) extrahiert und die Strukturformel aufgestellt werden. Allerdings hatte das Mittel den Nachteil, dass es scheußlich schmeckte und nicht gut verträglich war. Im Jahr 1897 gelang es eine abgewandelte Form, die wesentlich haltbarer und verträglicher war, herzustellen. 1982 erhielt der Brite John Vane den Nobelpreis für Medizin für die Entdeckung des Wirkungsmechanismus der Acetylsalicylsäure. Sie verhindert die Synthese von Prostaglandinen, chemischen Signalstoffen, die die Schmerzzellen stimulieren und
bei einer Entzündungsreaktion Fresszellen, die Teile des Immunsystems sind, anlocken. Die grundlegende Reaktion der Herstellung von Acetylsalicylsäure hatten die Studierenden der Chemiekurse der H-Phase bereits im Zusammenhang mit der Synthese von künstlichen Aromastoffen kennengelernt, wo aus stinkender Buttersäure und Alkoholen Substanzen, die nach Ananas, Pfirsich oder Eisbonbons rochen hergestellt wurden. Nun tauchte dasselbe Reaktionsprinzip in der Unterrichtseinheit über Arzneimittel wieder auf. Die Reaktion einer Carbonsäure und eines Alkohols unter Wasserabspaltung bezeichnet man als Veresterung. Zunächst wurde die Reaktionsapparatur zusammengesetzt, d Hauptkomponenten aus einem Dreihalskolben mit einem Rückflusskühler bestehen. Die Carbonsäure ist in diesem Fall nicht Essigsäure, die ebenfalls reagieren würde, sondern Essigsäureanhydrid, das wesentlich höhere Ausbeute verspricht. Die Salicylsäure, ein Molekül, das aus einem Benzolring mit einer Hydroxylgruppe (-OH) und einer Säuregruppe (-COOH) besteht, fungiert durch die OH-Gruppe als Alkohol. Unter Zugabe von Schwefelsäure als Katalysator entstehen Acetylsalicylsäure und mit der anderen Hälfte des Anhydrids statt Wasser ein Molekül Essigsäure. Aufbau der Reaktionseinheit Zugabe der Schwefelsäure
Das Ergebnis dieser Synthese ist die Rohacetylsalicylsäure, die nun in einem weiteren Schritt umkristallisiert und damit aufgereinigt wurde. Die Kristalle des ersten und zweiten Produkts unterschieden sich deutlich voneinander. Die theoretische und die tatsächlich gewonnene Menge an Acetylsalicylsäure wurden miteinander verglichen, dabei stellte sich heraus, dass die Studierenden effizi ent gearbeitet hatten. Auch die Reinheit des Produkts wurde getestet. Dazu wurde eine dünnschichtchromatographische Untersuchung durchgeführt. Dafür wurde auf einer mit Kieselgel beschichteten Platte die Ausgangssubstanz Salicylsäure, die Rohacetylsalicylsäure aus dem ersten Versuchsteil, das umkristallisierte Produkt und reine Acetylsalicylsäure als Vergleichssubstanz gegeben. In einem Laufmittel aus Pentan und Eisessig werden die einzelnen Substanzen unterschiedlich weit transportiert, ein Vergleich zeigte, dass die Produkte der Reaktionen deutlich über der Ausgangssubstanz lagen, sich aber auch noch etwas von der reinen Acetylsalicylsäure unterschied. Offenbar gab es noch einige leichte Verunreinigungen. DasBesprühen mit Eisen(III)chlorid-Lösung wies bei der Salicylsäure eine violette Verfärbung auf, nur sie hat die Konstellation eines Phenols, das mit dem Nachweisreagenz interagiert. Die anschließende Bestimmung des Schmelzpunktes gab ebenfalls Hinweise auf den Reinheitsgrad der Substanz. Heute wird Aspirin nicht nur als Schmerzmittel eingesetzt, sondern auch zur Behandlung arterieller Thrombosen bei herzinfarktgefährdeten Patienten, da Acetylsalicylsäure nicht nur das aktive Zentrum des für die Prostaglandinsynthese zuständigen Enzyms verändert, sondern auch mit einer Variante des Enzyms interagiert, so dass der Aufbau der Magenschleimhaut und die Blutgerinnungsreaktion gestört werden. Nach neuesten Erkenntnissen soll es auch das Darmkrebsrisiko senken. Damit zeigt sich die Aktualität des Chemieunterrichts, der die Teilnehmer dazu befähigen soll, sich mit den Aspekten moderner Forschung auseinanderzusetzen. Die Studierenden hatten jedenfalls viel Spaß beim Schnuppern im Unilabor.